回旋加速器的原理及应用解读
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查找资料、确定提纲、阅读资料、筛选资料、融入 思想、制造版本等一系列内容，都让我们领悟到很多。 也许我们在此过程中会出一些争执，但是这让我们学 会了合作、团结。我们也通过请教别人更熟知了一些 电脑知识，虽然此次课题的完成不是什么大事，但却 给我们的感觉很充实。
这样的课题作业不仅是让别人观赏，更重要的是让
四 心得体会 五 参考文献 六 结束语
一：发展史
劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)是 美国著名物理学家、回旋加速器的发明者， 1901年8月8日出生于美国达科他州南部 的坎顿。 1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理论，他 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 证实了他们所提出的回旋加速器原理。 Earnest O. Lawrence
为了对带电粒子进行多次加速， 同时考虑到占地面积的问题，回 旋加速器便应运而生。回旋加速 器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。
在回旋加速器中心部位的离子源（Ion Source）经高压电弧放电而使气体电离 发射出粒子束流，该粒子束流在称为 Dees的半圆形电极盒（简称D型盒）中 运动。D型盒与高频振荡电源相联为加 速粒子提供交变的电场。在磁场和电场 的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的 轨道中运动飞行被加速的粒子在近似于 螺旋的轨道中运动飞行。 在回旋加速 器中心区域，粒子被拉出后经电场的加 速而获得较低的初速度v1，同时，磁场 也对这些粒子产生作用，两种场作用的 结果是粒子在Dee间隙（gap）内按螺 旋轨道飞行。经过非常短的时间后，粒 子经gap进入另一个Dee电极盒， 回旋加速器原理
2 :在科学方面的应用
回旋加速器在核物理研究中发挥过重要的作用 , 现在和将来仍然是核物理研究领域的主要工具之一 . 随着核科学、核技术及核医学等高新技术的发展, 回旋加速器在这些领域中的应用空间和发展前景已 引起人们的关注.
血液透
医用网
四:心得体会
此次作业的完成我们得到了很多启发，只有实践了 才能准确的知道自己的清晰度，只有交流了才能从多 角度看待问题，只有融入思考了才是自己的，美好的 结果往往是我们期盼的，但现实的过程更应该是我们 追求的。
指导教师：杨晓梅
课题组长：马学利（12008243618）
组员：杨云 （12008243579）
班级：08级物理师范2班
日期：2009年10月27日
一 回旋加速器的发展史
1 回旋加速器的发展史
二 回旋加速器的结构及原理
1 回旋加速器的结构图 2 回旋加速器的工作原理及相关计算
三 回旋加速器的应用
1 在医学方面的应用 2 在科学方面的应用
报告从消费总量和消费企业构成两个角度进行了调查分 析；另外，根据中国海关的相关数据，报告中介绍了我 国医用回旋加速器行业相关产品的贸易情况；最后，报 告根据医用回旋加速器行业中重点企业的经营状况及经 营策略，经分析得出对相关企业的关键性和战略性的指 导建议。 报告的第三部分，首先对医用回旋加速器行业在营 销、服务、市场渠道等方面进行了系统的分析；其次是 医用回旋加速器行业在环境、政策、产业链、市场等方 面的各项风险分析；最后，报告给出了医用回旋加速器 行业在发展、技术、企业竞争力以及应对金融危机的最 佳策略和医用回旋加速器行业的投资机会和发展机会。 对行业概况的客观描述、采用数据的准确权威以及系统 全面的分析是本报告的特色，相信会对医用回旋加速器 行业的相关企业以及即将进入医用回旋加速器行业的相 关人士起到重要的指导性作用。
此后，粒子在该Dee电极盒一边飞行到等电势的另一边。每越过一 个gap后，其轨道半径将比前一次的轨道半径大。粒子运动的瞬时 轨道半径将随时间t的增加而增大，粒子运动速度的平方与粒子旋 转的圈数成比例。被加速粒子运动的螺旋轨道半径r与运行时间t的 平方根成正比。带电粒子经多次加速后，圆周轨道半径达到最大 并获得最大的能电荷为q，所具有的运动速度为v，运 动方向垂直于磁感应强度为B的磁力线，粒子受到垂直于v和B的劳 仑兹（Lorentz）力的作用，使粒子沿着曲率半径为r的轨道作圆周 运动[1，2]。 依力的平衡条件， 离子运动的最大速度为： Vmax=BRq/m。 运动的带电粒子在磁场中所受的洛仑兹力为：F=Bqv 带电粒子做圆周运动的向心力为：F=mv2 /R 将两式联立得：mv2/R=Bqv R=mv/Bq 则粒子做圆周运动的周期为：T=2πR/v T=2πm/Bq 由此可见，粒子运动的周期与其速度是无关的，我们只 要每隔半个周期调整两极板间的电压方向，就可以实现对带 电粒子的不断加速。这也是为什么要使用交流电的原因。
二：结构及原理
1：结构图
检测器是加速
器中最重要的 设备部件，它 们用来观测碰 撞后的粒子和 辐射。检测器 有许多类型— —从气泡室、 云室到固态电 子检测器。对 撞机实验室可 能在加速器的 不同部分放置 多种检测器。
（1） 云室检测器在室内装有饱和的水蒸气。当高能粒子通过水蒸气时，水蒸 汽会离子化，形成一个踪迹，这与喷气式飞机穿过云层时留下的踪迹非常相像。 在SLAC还有一种检测器是SLAC大型检测器（SLD）。 （2）SLD是一种多层检测器。每层都能看到一个不同的事件，SLD是一种大型的 桶形固态检测器，竖起来时比四层楼还高，重量超过4000吨！ （3）顶点探测器——检测粒子轨迹的位置 （4）漂移检测器是加速器中最重要的设备部件，它们用来观测碰撞后的粒子和 辐射。
医用回旋加速器行业的具体发展现状医用回旋加速器行业风 险及策略分析三部分。第一部分的中国医疗卫生以及医疗器械的 整体情况主要分为四个章节，第一章主要概括了中国医疗卫生事 业的整体情况，从卫生资源、医疗服务、农村与社区卫生方面、 疾病控制、妇幼保健以及重点城市的医药价格情况等不同角度进 行了细致而全面的概括分析；第二章主要介绍了我国医疗器械行 业的政策环境及相关标准；第三章，报告主要从医疗器械行业市 场供求状况、各项经济指标、进出口状况及重点地区的运行情况 入手对相关数据进行有效分析；第四章详细介绍了国家对医疗器 械行业的投入情况。 报告的第二部分从医用回 旋加速器行业的具体情况入手， 首先根据国家统计局、国家发 改委的权威数据阐述了行业的 发展现状、经济效益的表现等 客观情况，并根据行业所面临 的问题提出有效的解决之道； 其次，在区域市场方面，
五 参考文献
► 网址： ► 林德云
李国定编著的《电磁场理论基础》 高 等教育出版社。 ► 陈秉乾 舒幼生 胡望雨编著的《电磁学专题研 究》清华大学出版社
六：结束语 祝愿老师、 同学们，工 作顺利！学 业有成！身 体健康！
电源系统 ：粒子加速器需要使用大量电能。在有些 地方会通过当地的电力公司来提供，有些加速器则 在现场配备有发电机。 铜管 ：粒子加速器的主要结构是铜管。铜管内部有 强大真空，粒子通过该真空管道行进。管是由铜制 成的，
奥特曼—粒子加速器
世界上最大的加速器
2：工作原理
回旋加速器是利用 带电粒子在电场中 被加速、在匀强磁 场中作匀速圆周运 动的半径不断增大， 而周期不变的特点， 使粒子在磁场中每 转半周即能在电场 中加速一次，从而 使粒子获得高速的 装置。
我们得到了锻炼，更好的学习知识，增添了自己的阅 历。还可以在彼此的交流演示中学到多方面的内容， 在增强实践能力的同时也吸取了更多的精华。通过此 次作业使我懂得了合作团结的重要性，还有怎样化解 彼此争执中的矛盾。
此次作业我也学到了回旋加速器的一些知识，比 如它的发展、原理、相关计算和一些应用等等。也使 我的动手能力大大的增强了，希望老师以后多给我们 这样的机会。最后祝老师工作顺利，身体健康。
回旋加速器原 理公式推导
三 ： 回旋加速器的应用
1 ：在医学方面的应用
目前回旋加速器主要被应用于医疗领域。粒子加速器技术的 发展，使其造价和体积都减小，适合在医院环境下使用，利用加 速器作为放疗用的射线源，尤其是电子类加速器，已经大量普及， 并部分取代了60Co治疗机，它的最大优点是，能量更高而且可调， 剂量率高，可开可停，安全可靠。这就是我们所熟悉的γ—刀 。 无论是钴源还是电子类加速器射线源，在放疗中，由于X或γ 射线的性质，在杀死癌细胞的同时，都会对周围的正常细胞，产 生较大的损伤。 因此有人提出 利用质子束、中子射线代替伽 玛射线。它们的最大优点是吸 收剂量相对集中 。但不论用 何种粒子，都需要回旋加速器 对其进行加速。
在上式中，若D形盒的半径为R，则粒子所能获得 的最大速度为 Vmax=BRq/m。为了使粒子获得较高的能量，通常 要加大加速电磁铁的重量和D形盒的直径。 不过由于相对论的效应，当粒子的速度太 大时，q/m不再是常 量，从而回旋共振周期将随粒子的速率的增长而 增长，如果加于D形盒两极的交变电场频率不变的 话，粒子由于每次迟到一点而不能保证总被加速。 上述回旋加速的理论就不再适用了。 对于同样的动能，质量愈小的粒子速率愈 大，相对论效应也愈显著。因此回旋加速器更适 用于加速较重的粒子，但其速率始终不能无限制 的提高。
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。 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 世界第一台回旋加速器 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。 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（Isochronous cyclotron）是由3个扇极组合（compact-pole 3 sector）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。
这样的课题作业不仅是让别人观赏，更重要的是让
四 心得体会 五 参考文献 六 结束语
一：发展史
劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)是 美国著名物理学家、回旋加速器的发明者， 1901年8月8日出生于美国达科他州南部 的坎顿。 1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理论，他 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 证实了他们所提出的回旋加速器原理。 Earnest O. Lawrence
为了对带电粒子进行多次加速， 同时考虑到占地面积的问题，回 旋加速器便应运而生。回旋加速 器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。
在回旋加速器中心部位的离子源（Ion Source）经高压电弧放电而使气体电离 发射出粒子束流，该粒子束流在称为 Dees的半圆形电极盒（简称D型盒）中 运动。D型盒与高频振荡电源相联为加 速粒子提供交变的电场。在磁场和电场 的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的 轨道中运动飞行被加速的粒子在近似于 螺旋的轨道中运动飞行。 在回旋加速 器中心区域，粒子被拉出后经电场的加 速而获得较低的初速度v1，同时，磁场 也对这些粒子产生作用，两种场作用的 结果是粒子在Dee间隙（gap）内按螺 旋轨道飞行。经过非常短的时间后，粒 子经gap进入另一个Dee电极盒， 回旋加速器原理
2 :在科学方面的应用
回旋加速器在核物理研究中发挥过重要的作用 , 现在和将来仍然是核物理研究领域的主要工具之一 . 随着核科学、核技术及核医学等高新技术的发展, 回旋加速器在这些领域中的应用空间和发展前景已 引起人们的关注.
血液透
医用网
四:心得体会
此次作业的完成我们得到了很多启发，只有实践了 才能准确的知道自己的清晰度，只有交流了才能从多 角度看待问题，只有融入思考了才是自己的，美好的 结果往往是我们期盼的，但现实的过程更应该是我们 追求的。
指导教师：杨晓梅
课题组长：马学利（12008243618）
组员：杨云 （12008243579）
班级：08级物理师范2班
日期：2009年10月27日
一 回旋加速器的发展史
1 回旋加速器的发展史
二 回旋加速器的结构及原理
1 回旋加速器的结构图 2 回旋加速器的工作原理及相关计算
三 回旋加速器的应用
1 在医学方面的应用 2 在科学方面的应用
报告从消费总量和消费企业构成两个角度进行了调查分 析；另外，根据中国海关的相关数据，报告中介绍了我 国医用回旋加速器行业相关产品的贸易情况；最后，报 告根据医用回旋加速器行业中重点企业的经营状况及经 营策略，经分析得出对相关企业的关键性和战略性的指 导建议。 报告的第三部分，首先对医用回旋加速器行业在营 销、服务、市场渠道等方面进行了系统的分析；其次是 医用回旋加速器行业在环境、政策、产业链、市场等方 面的各项风险分析；最后，报告给出了医用回旋加速器 行业在发展、技术、企业竞争力以及应对金融危机的最 佳策略和医用回旋加速器行业的投资机会和发展机会。 对行业概况的客观描述、采用数据的准确权威以及系统 全面的分析是本报告的特色，相信会对医用回旋加速器 行业的相关企业以及即将进入医用回旋加速器行业的相 关人士起到重要的指导性作用。
此后，粒子在该Dee电极盒一边飞行到等电势的另一边。每越过一 个gap后，其轨道半径将比前一次的轨道半径大。粒子运动的瞬时 轨道半径将随时间t的增加而增大，粒子运动速度的平方与粒子旋 转的圈数成比例。被加速粒子运动的螺旋轨道半径r与运行时间t的 平方根成正比。带电粒子经多次加速后，圆周轨道半径达到最大 并获得最大的能电荷为q，所具有的运动速度为v，运 动方向垂直于磁感应强度为B的磁力线，粒子受到垂直于v和B的劳 仑兹（Lorentz）力的作用，使粒子沿着曲率半径为r的轨道作圆周 运动[1，2]。 依力的平衡条件， 离子运动的最大速度为： Vmax=BRq/m。 运动的带电粒子在磁场中所受的洛仑兹力为：F=Bqv 带电粒子做圆周运动的向心力为：F=mv2 /R 将两式联立得：mv2/R=Bqv R=mv/Bq 则粒子做圆周运动的周期为：T=2πR/v T=2πm/Bq 由此可见，粒子运动的周期与其速度是无关的，我们只 要每隔半个周期调整两极板间的电压方向，就可以实现对带 电粒子的不断加速。这也是为什么要使用交流电的原因。
二：结构及原理
1：结构图
检测器是加速
器中最重要的 设备部件，它 们用来观测碰 撞后的粒子和 辐射。检测器 有许多类型— —从气泡室、 云室到固态电 子检测器。对 撞机实验室可 能在加速器的 不同部分放置 多种检测器。
（1） 云室检测器在室内装有饱和的水蒸气。当高能粒子通过水蒸气时，水蒸 汽会离子化，形成一个踪迹，这与喷气式飞机穿过云层时留下的踪迹非常相像。 在SLAC还有一种检测器是SLAC大型检测器（SLD）。 （2）SLD是一种多层检测器。每层都能看到一个不同的事件，SLD是一种大型的 桶形固态检测器，竖起来时比四层楼还高，重量超过4000吨！ （3）顶点探测器——检测粒子轨迹的位置 （4）漂移检测器是加速器中最重要的设备部件，它们用来观测碰撞后的粒子和 辐射。
医用回旋加速器行业的具体发展现状医用回旋加速器行业风 险及策略分析三部分。第一部分的中国医疗卫生以及医疗器械的 整体情况主要分为四个章节，第一章主要概括了中国医疗卫生事 业的整体情况，从卫生资源、医疗服务、农村与社区卫生方面、 疾病控制、妇幼保健以及重点城市的医药价格情况等不同角度进 行了细致而全面的概括分析；第二章主要介绍了我国医疗器械行 业的政策环境及相关标准；第三章，报告主要从医疗器械行业市 场供求状况、各项经济指标、进出口状况及重点地区的运行情况 入手对相关数据进行有效分析；第四章详细介绍了国家对医疗器 械行业的投入情况。 报告的第二部分从医用回 旋加速器行业的具体情况入手， 首先根据国家统计局、国家发 改委的权威数据阐述了行业的 发展现状、经济效益的表现等 客观情况，并根据行业所面临 的问题提出有效的解决之道； 其次，在区域市场方面，
五 参考文献
► 网址： ► 林德云
李国定编著的《电磁场理论基础》 高 等教育出版社。 ► 陈秉乾 舒幼生 胡望雨编著的《电磁学专题研 究》清华大学出版社
六：结束语 祝愿老师、 同学们，工 作顺利！学 业有成！身 体健康！
电源系统 ：粒子加速器需要使用大量电能。在有些 地方会通过当地的电力公司来提供，有些加速器则 在现场配备有发电机。 铜管 ：粒子加速器的主要结构是铜管。铜管内部有 强大真空，粒子通过该真空管道行进。管是由铜制 成的，
奥特曼—粒子加速器
世界上最大的加速器
2：工作原理
回旋加速器是利用 带电粒子在电场中 被加速、在匀强磁 场中作匀速圆周运 动的半径不断增大， 而周期不变的特点， 使粒子在磁场中每 转半周即能在电场 中加速一次，从而 使粒子获得高速的 装置。
我们得到了锻炼，更好的学习知识，增添了自己的阅 历。还可以在彼此的交流演示中学到多方面的内容， 在增强实践能力的同时也吸取了更多的精华。通过此 次作业使我懂得了合作团结的重要性，还有怎样化解 彼此争执中的矛盾。
此次作业我也学到了回旋加速器的一些知识，比 如它的发展、原理、相关计算和一些应用等等。也使 我的动手能力大大的增强了，希望老师以后多给我们 这样的机会。最后祝老师工作顺利，身体健康。
回旋加速器原 理公式推导
三 ： 回旋加速器的应用
1 ：在医学方面的应用
目前回旋加速器主要被应用于医疗领域。粒子加速器技术的 发展，使其造价和体积都减小，适合在医院环境下使用，利用加 速器作为放疗用的射线源，尤其是电子类加速器，已经大量普及， 并部分取代了60Co治疗机，它的最大优点是，能量更高而且可调， 剂量率高，可开可停，安全可靠。这就是我们所熟悉的γ—刀 。 无论是钴源还是电子类加速器射线源，在放疗中，由于X或γ 射线的性质，在杀死癌细胞的同时，都会对周围的正常细胞，产 生较大的损伤。 因此有人提出 利用质子束、中子射线代替伽 玛射线。它们的最大优点是吸 收剂量相对集中 。但不论用 何种粒子，都需要回旋加速器 对其进行加速。
在上式中，若D形盒的半径为R，则粒子所能获得 的最大速度为 Vmax=BRq/m。为了使粒子获得较高的能量，通常 要加大加速电磁铁的重量和D形盒的直径。 不过由于相对论的效应，当粒子的速度太 大时，q/m不再是常 量，从而回旋共振周期将随粒子的速率的增长而 增长，如果加于D形盒两极的交变电场频率不变的 话，粒子由于每次迟到一点而不能保证总被加速。 上述回旋加速的理论就不再适用了。 对于同样的动能，质量愈小的粒子速率愈 大，相对论效应也愈显著。因此回旋加速器更适 用于加速较重的粒子，但其速率始终不能无限制 的提高。
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。 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 世界第一台回旋加速器 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。 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（Isochronous cyclotron）是由3个扇极组合（compact-pole 3 sector）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。