回旋加速器的机理及其应用(李秀菊1126857027)文稿资料
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
回旋加速器的机理及其应用
物理系11级 物理教育 Z1101班 1126857027 李秀菊
目录
回旋加速器的发展史 回旋加速器的有关计算公式 回旋加速器的作用 回旋加速器的应用 回旋加速器的应用发展趋向 参考文献
回旋加速器的发展史
早期加速器 回旋加速器的理论 二个重要的阶段 等时性回旋加速器
地形研 究回 旋加 速器
静电回 旋加 速器
亚原子回旋加速器
小型回旋加速器 质子回旋加速器周长600米
回旋加速器的发展趋向
第十次国际回旋加速器及其应用会议由美国密执安大学国家超导回旋加 速器实验室(NscL)主如198盛年4月30日到5月3日举行,会期共4天。参加 会议的有17个国家的200余名学者,我国四川大学720所和中国科学院上 海原子核所的代表参加了会议。趋向：竞向高能和加速全粒子。
磁场作用
带电粒子以某一速度垂直进入匀强磁场时，只 在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期 与速率和半径无关，使带电粒子每次进入D形 盒中都能运动相等时间（半个周期）后，平行 于电场方向进入电场中加速。
电场作用
回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在 周期性的变化的并垂直于两D形盒直径的匀强 电场，加速就是在这个区域完成的
交变电压
为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速， 使其能量不断提高，要在狭缝处加一个与粒子 运动的周期一致的交变电压
在医学上
1995年中国原子能科学研究院与比利时IBA共同研 制的cyc-30型回旋加速器投入使用，生产各种医用同 位素。 2006年6月23日，中国首台西门子eclipse HP/RD医 用回旋加速器在位于广州军区总医院内的正电子药物 研发中心正式投入临床运营。 回旋加速器是产生正电子放射性药物的装置，该药物 作为示踪剂注入人体后，医生即可通过PET/CT显像 观察到患者脑、心、全身其它器官及肿瘤组织的生理 和病理的功能及代谢情况。所以PET/CT依靠回旋加 速器生产的不同种显像药物对各种肿瘤进行特异性显 像，达到对疾病的早期监测与预防。
回旋加速器的作用
磁场的作用 电场的作用 交变电压
回旋加速器的应用
ຫໍສະໝຸດ 在医学上 在辐射环境上 在科学上 相关图片
早期加速器
概念：回旋加速器 英文：Cyclotron 它是利用磁场使 带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速 的装置。是高能物理中的重要仪器，是电磁回旋加速 器，是对带电粒子加速的 。 带电粒子在电场力的作用下加速，然后进入磁场， 受到洛仑兹力使其运动方向改变转过180度，再次进 入电场，这时电场方向改变，使带电粒子再次加速， 穿过电场后进入另一个磁场再次转过180度回到电场， 电场的方向又改变，对带电粒子继续加速 ，于是循环 这个过程就达到对粒子加速的目的。
回旋加速器在核物理研究种发挥过重要的作用，现在 和将来仍然是核物理研究领域的重要工具之一。随着 核科学、核技术及核医学等高新科技的发展，回旋加 速器在这些领域中应用的空间核发展以引起人们的关 注。
多种多样的回旋加速器
大型超导回 旋加速器
电子回旋加 速器及剖 面图
医用回旋加 速器
商品化 回旋加 速器
在辐射环境上
根据电子加速器的工作原理，加速器运行对环境的主 要影响是X射线和来自X射线产生的中子和感生放射性 的影响。 回旋加速器同时也产生有害气体包括臭氧和二氧化氮， 必须经过专门的排风装置排放入大气，一般通风口位 于机房墙角地面。低于40CM以上，避免破坏机房屏 蔽效果。
在科学方面上
劳伦斯
回旋加速器的理论
设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加 速电场，直至达到高能量。1931年，他和他的学生利文斯顿（M. S. Livingston）一起，研制了世界上第一台回旋加速器，这台加速器的磁 极直径只有10cm，加速电压为2kV，可加速氘离子达到80keV的能量， 向人们证实了他们所1930年，劳伦斯提出了回旋加速器的理论，他提出 的回旋加速器原理。随后，经M. Stanley Livingston资助，建造了一台 25cm直径的较大回旋加速器，其被加速粒子的能量可达到1MeV。回旋 加速器的光辉成就不仅在于它创造了当时人工加速带电粒子的能量记录， 更重要的是它所展示的回旋共振加速方式奠定了人们研发各种高能粒子 加速器的基础。
我国当代著名物理学家的樊名武 曾为我国“两弹一星”研究、物理回 旋加速器研究和磁铁工程研究等作出 过突出贡献。我国的三大回旋加速器 ：北京正负电子对撞机、兰州重离子 加速器和合肥同步辐射装置。
参考文献
网址： 相对论 任志鸿 ．高中同步导学大课堂 ．山东 ：华文 出版社
等时性回旋加速器
60年代后，在世界范围掀起了研发等时性回旋加速器的高潮。等 时性回旋加速器 。 是由3个扇极组合 的回旋加速器， 能量可变，以第一和第三偕 波模式对正离子进行加速该 回旋加速器最早在1972年由 INP建造，它可使质子加速达到1 MeV，束流强度为几百mA，主 要用于回旋加速器系统（离子源、磁场等）的研究。
有关计算公式
根据力的平衡条件： 离子运动的最大速度为Vmax=BRq/m: 运动的带电粒子在磁场中受的洛伦磁力为F=qvB 带电粒子作圆周运动的向心力为F=mv^2/R： 将两式联立得：mv^2/Bqv R=mv/Bq 则粒子作圆周运动的周期为： T=2 R/v T=2 m/Bq 频率 f=1/T 最大半径 R max=(m*V max) /B*q 最大动能 E*k=(1/2)m(Vmax)^2=(B*q*Rmax)^2/2m
二个重要的阶段
30年代以来，回旋加速器的发展经历了二个重要的阶段。 前20年，人们按照劳伦斯的原理建造了一批所谓经典回旋加速器， 其中最大的可生产44MeV的α粒子或22MeV的质子。但由于相对 论效应所引起的矛盾和限制，经典回旋加速器的能量难以超过每 核子20多 MeV的能量范围。 后来，人们基于1938年托马斯（L. H. Thomas）提出的建议， 发展了新型的回旋加速器。 因此，在1945年研制的同步回旋加速器通过改变加速电压的频 率，解决了相对论的影响。利用该加速器可使被加速粒子的能量 达到700MeV。使用可变的频率，回旋加速器不需要长时间使用 高电压，几个周期后也同样可获得最大的能量。在同步回旋加速 器中最典型的加速电压是10kV，并且，可通过改变加速室的大 小（如半径、磁场），限制粒子的最大能量。
早期加速器
早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量 受到高压技术的限制。为此，象R. Wideröe等一些加速器的先驱者在20年 代，就探索利用同一电压多次加速带电粒子，并成功地演示了用同一高频电压使 钠和钾离子加速二次的直线装置，并指出重复利用这种方式，原则上可加速离子 达到任意高的能量（实际上由于受到狭义相对论影响，实际只能加速到2530MeV）。但由于受到高频技术的限制，这样的装置太大，也太昂贵，也不适用 于加速轻离子如质子、氘核等进行原子核研究，结果未能得到发展应用。
物理系11级 物理教育 Z1101班 1126857027 李秀菊
目录
回旋加速器的发展史 回旋加速器的有关计算公式 回旋加速器的作用 回旋加速器的应用 回旋加速器的应用发展趋向 参考文献
回旋加速器的发展史
早期加速器 回旋加速器的理论 二个重要的阶段 等时性回旋加速器
地形研 究回 旋加 速器
静电回 旋加 速器
亚原子回旋加速器
小型回旋加速器 质子回旋加速器周长600米
回旋加速器的发展趋向
第十次国际回旋加速器及其应用会议由美国密执安大学国家超导回旋加 速器实验室(NscL)主如198盛年4月30日到5月3日举行,会期共4天。参加 会议的有17个国家的200余名学者,我国四川大学720所和中国科学院上 海原子核所的代表参加了会议。趋向：竞向高能和加速全粒子。
磁场作用
带电粒子以某一速度垂直进入匀强磁场时，只 在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期 与速率和半径无关，使带电粒子每次进入D形 盒中都能运动相等时间（半个周期）后，平行 于电场方向进入电场中加速。
电场作用
回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在 周期性的变化的并垂直于两D形盒直径的匀强 电场，加速就是在这个区域完成的
交变电压
为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速， 使其能量不断提高，要在狭缝处加一个与粒子 运动的周期一致的交变电压
在医学上
1995年中国原子能科学研究院与比利时IBA共同研 制的cyc-30型回旋加速器投入使用，生产各种医用同 位素。 2006年6月23日，中国首台西门子eclipse HP/RD医 用回旋加速器在位于广州军区总医院内的正电子药物 研发中心正式投入临床运营。 回旋加速器是产生正电子放射性药物的装置，该药物 作为示踪剂注入人体后，医生即可通过PET/CT显像 观察到患者脑、心、全身其它器官及肿瘤组织的生理 和病理的功能及代谢情况。所以PET/CT依靠回旋加 速器生产的不同种显像药物对各种肿瘤进行特异性显 像，达到对疾病的早期监测与预防。
回旋加速器的作用
磁场的作用 电场的作用 交变电压
回旋加速器的应用
ຫໍສະໝຸດ 在医学上 在辐射环境上 在科学上 相关图片
早期加速器
概念：回旋加速器 英文：Cyclotron 它是利用磁场使 带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速 的装置。是高能物理中的重要仪器，是电磁回旋加速 器，是对带电粒子加速的 。 带电粒子在电场力的作用下加速，然后进入磁场， 受到洛仑兹力使其运动方向改变转过180度，再次进 入电场，这时电场方向改变，使带电粒子再次加速， 穿过电场后进入另一个磁场再次转过180度回到电场， 电场的方向又改变，对带电粒子继续加速 ，于是循环 这个过程就达到对粒子加速的目的。
回旋加速器在核物理研究种发挥过重要的作用，现在 和将来仍然是核物理研究领域的重要工具之一。随着 核科学、核技术及核医学等高新科技的发展，回旋加 速器在这些领域中应用的空间核发展以引起人们的关 注。
多种多样的回旋加速器
大型超导回 旋加速器
电子回旋加 速器及剖 面图
医用回旋加 速器
商品化 回旋加 速器
在辐射环境上
根据电子加速器的工作原理，加速器运行对环境的主 要影响是X射线和来自X射线产生的中子和感生放射性 的影响。 回旋加速器同时也产生有害气体包括臭氧和二氧化氮， 必须经过专门的排风装置排放入大气，一般通风口位 于机房墙角地面。低于40CM以上，避免破坏机房屏 蔽效果。
在科学方面上
劳伦斯
回旋加速器的理论
设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加 速电场，直至达到高能量。1931年，他和他的学生利文斯顿（M. S. Livingston）一起，研制了世界上第一台回旋加速器，这台加速器的磁 极直径只有10cm，加速电压为2kV，可加速氘离子达到80keV的能量， 向人们证实了他们所1930年，劳伦斯提出了回旋加速器的理论，他提出 的回旋加速器原理。随后，经M. Stanley Livingston资助，建造了一台 25cm直径的较大回旋加速器，其被加速粒子的能量可达到1MeV。回旋 加速器的光辉成就不仅在于它创造了当时人工加速带电粒子的能量记录， 更重要的是它所展示的回旋共振加速方式奠定了人们研发各种高能粒子 加速器的基础。
我国当代著名物理学家的樊名武 曾为我国“两弹一星”研究、物理回 旋加速器研究和磁铁工程研究等作出 过突出贡献。我国的三大回旋加速器 ：北京正负电子对撞机、兰州重离子 加速器和合肥同步辐射装置。
参考文献
网址： 相对论 任志鸿 ．高中同步导学大课堂 ．山东 ：华文 出版社
等时性回旋加速器
60年代后，在世界范围掀起了研发等时性回旋加速器的高潮。等 时性回旋加速器 。 是由3个扇极组合 的回旋加速器， 能量可变，以第一和第三偕 波模式对正离子进行加速该 回旋加速器最早在1972年由 INP建造，它可使质子加速达到1 MeV，束流强度为几百mA，主 要用于回旋加速器系统（离子源、磁场等）的研究。
有关计算公式
根据力的平衡条件： 离子运动的最大速度为Vmax=BRq/m: 运动的带电粒子在磁场中受的洛伦磁力为F=qvB 带电粒子作圆周运动的向心力为F=mv^2/R： 将两式联立得：mv^2/Bqv R=mv/Bq 则粒子作圆周运动的周期为： T=2 R/v T=2 m/Bq 频率 f=1/T 最大半径 R max=(m*V max) /B*q 最大动能 E*k=(1/2)m(Vmax)^2=(B*q*Rmax)^2/2m
二个重要的阶段
30年代以来，回旋加速器的发展经历了二个重要的阶段。 前20年，人们按照劳伦斯的原理建造了一批所谓经典回旋加速器， 其中最大的可生产44MeV的α粒子或22MeV的质子。但由于相对 论效应所引起的矛盾和限制，经典回旋加速器的能量难以超过每 核子20多 MeV的能量范围。 后来，人们基于1938年托马斯（L. H. Thomas）提出的建议， 发展了新型的回旋加速器。 因此，在1945年研制的同步回旋加速器通过改变加速电压的频 率，解决了相对论的影响。利用该加速器可使被加速粒子的能量 达到700MeV。使用可变的频率，回旋加速器不需要长时间使用 高电压，几个周期后也同样可获得最大的能量。在同步回旋加速 器中最典型的加速电压是10kV，并且，可通过改变加速室的大 小（如半径、磁场），限制粒子的最大能量。
早期加速器
早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量 受到高压技术的限制。为此，象R. Wideröe等一些加速器的先驱者在20年 代，就探索利用同一电压多次加速带电粒子，并成功地演示了用同一高频电压使 钠和钾离子加速二次的直线装置，并指出重复利用这种方式，原则上可加速离子 达到任意高的能量（实际上由于受到狭义相对论影响，实际只能加速到2530MeV）。但由于受到高频技术的限制，这样的装置太大，也太昂贵，也不适用 于加速轻离子如质子、氘核等进行原子核研究，结果未能得到发展应用。