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东莞麻涌电工培训多少钱

点击: 日期:2018/6/14 字体大小:14px 12px

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 粒子加速器按其作用原理不同可分为静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回速器旋加、对撞机等。

  利用直线加速器加速带电粒子时,粒子是沿着一条近于直线的轨道运动和被逐级加速的,因此当需要很高的能量时,加速器的直线距离会很长。有什么办法来大幅度地减小加速器的尺寸吗?办法说起来也很简单,如果把直线轨道改成圆形轨道或者螺旋形轨道,一圈一圈地反复加速,这样也可以逐级谐振加速到很高的能量,而加速器的尺寸也可以大大地缩减。

E.卢瑟福
E.卢瑟福

  1930年E.O.劳伦斯 在直线加速器谐振加速工作原理的启发下,提出了研制回旋加速器的建议。劳伦斯建议在回旋加速器里增加两个半圆形磁场,使带电粒子不再沿着直线运动,而沿着近似于平面螺旋线的轨道运动,这种改造使得加速器的电场不至于如此之长而导致电场能损失,是一个极富设想的设计发明。1931年建成了第一台回旋加速器,磁极直径约10厘米,用2千伏的加速电压工作,把氘核加速到80keV,证实了回旋加速器的工作原理是可行的。在1932年又建成了磁极直径为27厘米的回旋加速器,可以把质子加速到1MeV。

  回旋加速器的电磁铁的磁极是圆柱形的,两个磁极之间形成接近均匀分布的主导磁场。磁场是恒定的,不随时间而变化。在磁场作用下,带电粒子沿着圆弧轨道运动,粒子能量不断地提高,轨道的曲率半径也不 断地提高,运动轨道近似于一条平面螺旋线。

粒子加速器
粒子加速器
  两个磁极之间是真空室。里面装有两个半圆形空盒状的金属电极,通称为“D形电极”。D形电极接在高频电源的输出端上,2个D形电极之间的空隙(加速间隙)有高频电场产生。粒子源安装在真空室中心的加速间隙中。D形电极内部没有高频电场,粒子进入D形电极之内就不再被加速,在恒定的主导磁场作用下做圆周运动。只要粒子回旋半圆的时间等于加速电压半周期的奇整数倍,就能够得到谐振加速。用一个表达式可以表示成:Tc=KTrt式中Tc是粒子的回旋周期,Trt是加速电压的周期,K应该是奇整数。

  这类利用轴向磁场使带电粒子做回旋运动,周期性地通过高频电场加速粒子的回旋加速器又可以分为两类:

  第一类是没有自动稳相机制的。等时性回旋加速器就是属于这一类。D形电极间加有频率固定的高频加速 电场,粒子能量低时,回旋频率能保持与高频电场谐振,而当能量高时,粒子的回旋频率会随着能量的提高而越来越低于高频电场频率,最终不能再被谐振加速。为了克服这个困难,可以使磁场沿半径方向逐步增加,以保持粒子的回旋频率恒定。然而磁场沿半径方向递增却又导致粒子束流轴向散开。为解决这一矛盾,60年代初研制成功了扇形聚焦回旋加速器,在磁极上巧妙地装上边界弯曲成螺旋状的扇形铁板,它可以产生沿方位角变化的磁场,即使加速粒子轴向聚焦,又使磁场随半径增大而提高,保证粒子的旋转频率不变,即旋转一周的时间不变,因此被称为等时性回旋加速器。

  第二类是有自动稳相机制的。属于这一类型的加速器有:(1)稳相加速器;(2)同步加速器;(3)回旋加速器。

稳相加速器

SLD事件的示意图
SLD事件的示意图
轴向磁场保持恒定,而使高频加速电场的频率随着粒子回旋频率的降低而同步降低,从而使带电粒子仍能继续被谐振加速。这类加速器又名调频回旋加速器或稳相加速器。采用自动稳相机制以后,在理论上可以将质子加速到无限高的能量,然而由于技术上和经济上的原因,历史上最大的稳相加速器的能量只达到700MeV。这一类型的加速器用来加速质子,有的用于加速掺氘核、α粒子甚至氮离子。 


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