加速器发展历史
神龙一号
“神龙一号”加速器——核武器模拟试验关键设备工程总投资：—工程期限：1982年——2005年“神龙一号”直线感应加速器位于四川绵阳中国工程物理研究院，主要用于核武器流体动力学试验闪光X光照相，是中国自行研制的核武器模拟试验关键设备，。
有了这种设备，就可以在实验室进行模拟核弹头初级模型的内爆试验、校验巨型计算机的数值模拟计算程序，也就是采用实验室模拟+ 数值模拟，可以解决核弹头从原理设计到武器化、工程化的一系列问题，不用进行地下核试验就能进行新弹头的设计、评估核材料的老化效应以确保核武器的可靠性和安全性。
另外直线感应加速器还用来进行高功率微波和自由电子激光、重离子聚变研究。
1985年下半年，中国核武器研制元勋邓稼先被诊断患了癌症，这个时候他和于敏同志一起给中央写了一份非常重要的报告，他们估计到以当时的核武器水平，美国和苏联就有可能按照他们的政治需要会签署《全面禁止核试验条约》停止核实验，这对我们国家的损失太大了，所以他们根据我们国家的情况，建议加速模拟核武器试验关键设施的研制工作。
报告交上去以后，中央对此非常重视，这对我国1986年以后的核武器发展起到了非常重要的作用。
而几位两弹元勋把自己生命的最后全部贡献给了国家的国防事业。
内华达核试验场（Nevada Nuclear Test Site）位于内华达州拉斯维加斯城西北105公里，占地面积3700平方公里，是美国最主要的核试验场。
从1951年起，至1996年《全面禁止核试验条约》开放签署以前，该试验场共进行过928次核试验，其中包括100次大气层核试验，828次地下核试验（内含24次美英联合进行的地下核试验）。
1974年美苏签订《美苏限制地下核武器试验条约》后，该试验场是美国惟一进行地下核试验的场地。
1962年起英国的地下核试验也全部在这里进行。
1992年以后，美国不再在那里进行核试验。
目前，那里已经成了无人区，地面的坑洞就是核试验留下的，核试验的辐射影响将持续50年-500年……这些都是地下核试验留下的坑洞，感兴趣的同学不妨用Google Earth看一下现场。
中国回旋加速器发展史_概述及解释说明
中国回旋加速器发展史概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在对中国回旋加速器的发展史进行全面而系统的概述和解释说明。
回旋加速器作为一种重要的科学仪器，为物理学研究提供了强大的工具和平台。
从其起源到现今的发展历程中，中国在回旋加速器领域取得了显著进步，并取得了一系列里程碑事件。
通过本文梳理回旋加速器在中国的发展过程、主要类型和应用领域分析，以及当前面临的挑战和未来前景展望，将全面呈现中国回旋加速器发展的风貌。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、回旋加速器的起源与发展、主要类型和应用领域分析、挑战与前景展望以及结论。
每个部分都有一个或多个小节，以便读者能够更好地理解文章内容逻辑。
1.3 目的本文通过梳理中国回旋加速器的历史背景、发展过程和重要作用，旨在深入探讨回旋加速器在物理科学研究中所扮演的角色，并对其未来发展进行前瞻性分析。
同时，本文还将对当前中国回旋加速器面临的挑战和问题进行评估，并提出相应的政策措施和支持，以推动中国回旋加速器的持续发展。
2. 回旋加速器的起源与发展2.1 回旋加速器的定义和作用回旋加速器是一种用于高能粒子物理实验和核物理研究的科学仪器。
它通过利用静电场、磁场和辐射场等力场，将带电粒子加速到极高的能量，并将它们维持在特定轨道上运动。
回旋加速器具有多种作用，包括：- 粒子物理研究：回旋加速器可以提供高能带电粒子束流，用于探索基本粒子的性质、相互作用以及宇宙演化等问题。
- 核物理研究：回旋加速器可产生高能量、高强度的离子束，用于核反应研究、放射性同位素制备等领域。
- 医学诊断与治疗：回旋加速器可以生成放射性同位素，进而应用于肿瘤治疗、药物代谢分析等医学领域。
- 工业应用：回旋加速器可用于材料表征、厚度测量、离子植入等工业应用。
2.2 中国回旋加速器的历史背景中国回旋加速器的发展始于20世纪50年代末。
当时，中国在核物理研究方面追赶世界先进水平的需要促使了回旋加速器技术的引进和研究。
医用电子直线加速器发展历程
医用电子直线加速器发展历程
1、1927年：马萨诸塞大学的William D. Coolidge首次发明了真空
管加速器，并成功实现了第一次辐射治疗。
2、1927年至1953年：医用X射线加速器完成了改进，技术日臻成熟，发展迅速。
除腔体管电子枪外，还有其他新型加速器，如水平腔体管、环形腔体管等，可用于治疗及诊断。
同时，出现了各种辅助设备和调试技术，使放射技术的发展得到了极大的促进。
3、1953年：美国人Rutsky发明了第一台锂盐复合加速器，使电子
加速器的技术水平迈上了新的台阶，这也为多种放射技术的发展提供了可能。
4、1969年：美国AEG公司的Debus等人发明了第一台高压流体加速器，这也是医学上放射治疗的一个重大突破，它使放射技术的发展又一次
进入了快速发展的通道。
5、1974年：巴特兰公司的Keller等人发明了第一台闪辉加速器，
它的发展为各种放射技术的治疗作出了重要贡献。
6、1980年：英国的Davies等人首次发明了同步腔体管电子枪，它
的发展大大提高了放射技术的性能。
7、1995年：英国东贝公司首次发明了数字化线性加速器，使放射技
术发展到了一个新的高度。
8、1996年：Kerr公司发明了第一台具有三维再现功能的线性加速器，提高了放射技术的治疗和定位精度。
加速器的种类发展及应用论文
粒子加速器概述粒子加速器（Particle accelerator）是利用电场来推动带电粒子使之获得高能量。
日常生活中常见的粒子加速器有用于电视的阴极射线管及X光管等设施。
被加速的粒子置于抽真空的管中，才不会被空气中的分子所撞击而溃散。
在高能加速器里的粒子使用四极磁铁（quadrupole magnet）聚焦成束，粒子才不会因为彼此间产生的排斥力而散开。
粒子加速器有两种基本型式，环形加速器和直线加速器。
目录概述 (1)1粒子加速器 - 简介 (2)2粒子加速器 - 工作原理 (2)3粒子加速器 - 历史 (3)4粒子加速器 - 发展 (4)5粒子加速器 - 分类 (5)5.1作用原理分 (5)5.2粒子能量大小分 (5)5.3粒子轨道的形态分 (5)5.4回旋运动分 (6)6粒子加速器 - 结构 (7)7粒子加速器 - 能量 (7)8粒子加速器 - 方式 (8)8.1环形加速器 (8)8.2直线加速器 (9)9粒子加速器 - 中国状况 (10)9.1北京正负电子对撞机 (11)9.2兰州重离子加速器 (11)9.3合肥同步辐射装置 (11)10粒子加速器 - 种类 (11)10.1直流高压式加速器 (11)10.2倍压电路加速器 (12)10.3静电加速器 (12)10.4电磁感应式加速器 (13)10.5直线谐振式加速器 (13)10.6回旋谐振式加速器 (13)10.7回旋加速器 (14)10.8同步回旋加速器 (14)10.9电子回旋加速器 (15)10.10同步加速器 (15)10.11电子同步加速器 (16)10.12质子同步加速器 (16)10.13重离子同步加速器 (17)10.14储存环和对撞机 (17)10.15激光粒子加速器 (18)11粒子加速器 - 最新研究 (18)12粒子加速器 - 应用 (19)13粒子加速器 - 中国发展简史 (19)粒子加速器 - 简介粒子加速器粒子加速器（particle accelerator）是用人工方法产生高速带电粒子的装置。
加速器原理-电子回旋加速器
电子回旋加速器(Microtron)又称微波加速器。 使用改变倍频系数的方法保证电子谐振加速的回 旋谐振加速器。
• 1944年，原苏联学者提出了电子回旋加速器原理。 • 1948年，加拿大建成了第一台电子回旋加速器。 • 我国在50年代末在原子能研究所建立了电子回旋
加速器，同时清华大学教研室也建立了一台能量 为2.5MeV的电子回旋加速器。 • 我国自行设计和制造的25MeV普通电子回旋加速 器，主要用来确定X射线和电子的吸收剂量标准。
在电子回旋加速器发展的同时，电子直线加速器 发展的也很快。它的流强远比电子回旋加速器高。注意 力转到了电子直线加速器。但是，电子回旋加速器在其 他方面有它独特的优点：如束流能量分散度小，结构简 单，造价便宜等。特别是在它本身的发展过程中解决了 一系列的理论和技术问题：如电子的注入、聚焦问题、 高亮度的电子枪、高场强的加速腔和大功率磁控管等。 高效率稳定工作的电子回旋加速器在一些国家中相继建 成，并在各领域中得到了实际应用。
电子回旋加速器和电子直线加速器的特点比较
( 1 ) 电子回旋加速器具有优良的电子束流品质,小的能散 度和小的能散角 .有利于较长距离的传播 ( 2) 电子回旋加速器能量的稳 定度 和精确度高 .能大范 围 连 续精细调节能量 ，且在调节流强时可以保持能量不变。 ( 3 ) 电子回旋加速器可采用与电子直线加速器相同的微 波功率源 .且能将电子能量加速到比电子直线加速器高 2倍以 上 。 适合用作 15 Me V以上 的中、高能 医用电子加速器 ( 4) 能量较高时 ,电子回旋加速器具有较小的直线 尺寸 。 ( 5) 磁场与 电子 轨道的调整 比较麻烦。 比电子直线加 速器要 困难得多 ( 6) 电子 回旋加速器带有多个磁铁 ，设备质量较大。 ( 7 ) 电子回旋加速器 的轨道所占平面空间较大 。
加速器(一)
E0
1- 2
4.电场的形态可分无旋场和有旋场
5.从电场的性质看分恒定电场和交变电场 动态无旋电场
（二）基本性能指标
能量：加速器施加到带电粒子上的能量多少
单位：eV MeV GeV
流强：描述加速器输出束流中带电粒子数量多少
单位：A
发散度：描述束流几何特性
定义为束流截面尺寸与张角的乘积
6MV
25
0
5
10
15
20
25 深度（cm）
不同能量电子束射线PDD曲线
100％
80
60
40
7 10 13 16 20 22 25 28 32
20
40MeV
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 (cm)
2.辐射强度
吸收剂量(Absorbed Dose)D: 电离辐射传递给物质的平均能量。 D=dE/dm
医用电子直线加速器分类
按输出能量高低 低能、中能和高能 （医用）
类别 输出能量范围（光子） 输出射线类型 加速管安装方式
低能 4~10MV，一般为6MV
多数为竖向垂直 一般为一档X射线 安置，无对中和
偏转系统
中能
4~15MV，可提供双档 X射线，低能量档一 般为6MV
双光子+多档电子 线输出
加速管横置，有 对中和偏转系统《放射治 Nhomakorabea设备学》
加速器结构原理
概述
何乐民
放射治疗的原理
放射治疗的基本原理是当射线照射肿 瘤达到一定照射剂量时，射线对病变 细胞有抑制和杀伤作用。
射线通过直接效应和间接效应置癌细 胞于死地。
医用电子直线加速器发展历程
加速器发展历程——放疗技术的发展历程一、从国际上1)1895年：伦琴发现了X 线。
2)1896年：用X 线治疗了第1 例晚期乳腺癌；3)1896年：居里夫妇发现了镭；4)1913年：研制成功了X线管，可控制射线的质和量；5)1922年：生产了深部X线机；6)1923年：首次在治疗计划中应用等剂量线分布图；7)1934年：应用常规分割照射, 沿用至今；8)1951年：制造了钴60远距离治疗机和加速器，开创了高能X线治疗深部恶性肿瘤的新时代；9)1953年：第一台行波电子直线加速器在英国使用；10)1957年：在美国安装了世界上第一台直线加速器，标志着放射治疗形成了完全独立的学科；11)1959年：Takahashi 教授提出了三维适形概念；12)20 世纪50 年代：开始应用高能射线大面积照射霍奇金淋巴瘤, 使其成为可治愈的疾病；13)20世纪70 年代：随着计算机的应用和CT、MRI 的出现, 制造出三维治疗计划系统和多叶光栅，实现了三维适形放疗，放射治疗学进入了从二维到三维治疗的崭新时代；14)20世纪80 年代：出现了多叶光栅（即多叶准直器），可调节X 射线的强度，开创了调强放射治疗( IMRT)；15)最近十年，广泛开展了立体定向放射外科（SRS）、三维适形放疗(3-dimentional conformal radio- therapy, 3D-CRT) 、调强适形放疗( intensity modulated radiotherapy, IMRT) 和图象引导放疗( image-guided radiotherapy, IGRT) 等新技术。
二、在我国：1)20世纪30年代初：当时只有北京协和医院和上海中比镭锭医院可进行放射治疗，北京协和医院只有120kV和200kV的X射线治疗机各一台；2)20世纪40年代：北京大学医学院组建了放疗科；3)1958年：成立中国医学科学院肿瘤医院；4)1968年：引进第一台医用电子感应加速器；5)1974年：在当时的北京市委领导下，由四十多个单位组成的科技攻关会战组开始了国产医用电子直线加速器（行波型）的研制工作；6)1975年：引进第一台医用电子直线加速器；7)1977年：首台国产医用电子直线加速器投入临床试用；8)1986年：中国成立了中华医学会放射肿瘤学会；9)1989年：国产医用电子直线加速器已累计安装投入使用达到15台左右；10)2010年：国产首台高能医用电子直线加速器开始研发。
加速器技术发展及其在核物理学中的应用
加速器技术发展及其在核物理学中的应用加速器技术是当今物理学领域中最重要的技术之一。
它可以为研究人员提供一种探索宏观世界和微观世界的有效工具。
加速器技术是一种能加速粒子使其达到极高速度和能量的技术，利用高速粒子撞击物体并观察其变化，可以获得许多未知的知识。
在核物理学领域，加速器技术发挥了重要作用，让我们一起来探索它的发展与应用。
加速器技术的发展历程加速器技术可以追溯到20世纪早期，当时研究人员通过使用静电场及磁场构建了粒子加速器，使得带电粒子在电场和磁场力的共同作用下，获得了高速度。
20世纪40年代中期，研究人员发明了质子加速器。
在80年代，欧洲核子研究中心和费米实验室相继建成，开始使用强磁铁和超导技术进行高能粒子加速和碰撞实验。
随着技术的不断革新，现代加速器已经达到巨型加速器的规模，可以产生更高的能量和更高的粒子数。
加速器的分类加速器可以按其成型方式分为直线加速器、循环加速器和电子直线加速器。
其中，直线加速器是通过线性加速结构，加速粒子到高能，离开直线后与目标进行碰撞。
循环加速器则是一个环形环，带电粒子在其中运动加速，以便在其上进行多个循环加速而使粒子能量逐步提高。
电子直线加速器则是一种将电子加速到高度能量的加速器，电子直线加速器有一个非常普遍的应用领域，即在防腐涂层生产中。
加速器的应用领域在核物理学领域，加速器技术可以为粒子的研究提供很多便利。
例如，科学家们可以通过加速器发现一些新颖的物理现象，如弱相互作用和强相互作用等。
加速器技术还可以用于生成实验物质以及研究核反应，同时还可以研究原子、分子和晶体等领域的问题。
此外，在医学领域，加速器可以用于治疗癌症和产生检查诊断所需的医用放射性同位素。
结语近年来，加速器技术的发展速度非常快。
科学家们已经在加速器技术方面取得了许多突破，更高的能量和更高的粒子数让人们能够做更多的研究和实践。
因此，随着加速器技术在各个领域的深入应用，相信在未来会产生更多的惊奇。
加速器第七章
设电子的速度为 v ,合适的选取两相邻间隙之间的距离（当 间隙足够窄时，此时即近似为漂浮管的长度），使通过的时 间为 T 2 ，即满足
r
电子一次加速的能量增益 Wn （假设间隙足够窄）为：
Wn = qeV cosn a
驻波电场分解为行波电场，以研究谐振条件的意义 将电场幅值展开为富氏级数得：
E Z ( z, t ) = E Z ( z ) cos ωt
ω ω = β2 + c c c
2
2
ω 相速度 v p = β
群速度
1945年美国的阿尔瓦列兹（L.W.Alvarez）等人在劳伦斯伯克利实验室 （LBL）利用战后剩余的200MHz功率源，开始建造一台32MeV质子直线加 速器。1947年这台新型的离子直线加速器建成。它的脉冲流强达60μA， 平均流强0.3μA，比当时回旋加速器外靶流强大得多。
1960年美国布鲁克海文国家实验室（BNL）首次将交变梯度强聚焦原理应 用于阿尔瓦列兹型加速器的径向聚焦上，以磁四极透镜对代替先前的金属 网，使脉冲流强达到数十mA，比先前又提高了103倍。 1972年美国洛丝阿拉莫斯国家实验室建成的800MeV质子直线加速器所采 用的就是边耦合加速结构。
坦福加速器中心SLAC Linac
从1947年到1953年在美国斯坦福连续建造了Mark I到Mark III三台电子直线 加速器。1958年时Mark III将电子能量加速到900MeV，霍夫斯塔特在这台 加速器上完成了有重要意义的质子和中子形状因子的测量，因而获得了 1961年的诺贝尔物理奖。 从1956年开始斯坦福直线 加速器中心建造了著名的 3km长的20Gev的电子直 线加速器，并于1966年首 次运转。 1964年斯坦福大学建立 了第一台原型超导电子 直线加速器，将电子能 量由80keV加速到 500keV，此后，超导 电子直线加速器也取得 了很大的发展。
回旋加速器资料.
3 回旋加速器的应用
伽玛刀
研究原子核内部结构
伽玛刀
伽玛刀又称立体定向伽玛射线放射治疗系统，是一种融合现代计算机 技术、立体定向技术和外科技术于一体的治疗性设备，它将钴-60发出 的伽玛射线几何聚焦，集中射于病灶，一次性、致死性的摧毁靶点内 的组织，而射线经过人体正常组织几乎无伤害，并且剂量锐减，因此 其治疗照射范围与正常组织界限非常明显，边缘如刀割一样，人们形 象的称之为“伽玛刀”，它的最大优点是，能量更高而且可调剂量率 更高，可开可停，安全可靠。也可以使用质子束或中子射线，但不论 使用哪种粒子，都需要回旋加速器对粒子进行加速。
2 回旋加速器的原理
• 当电荷被缝隙的电场加速进入某一个 D 形 腔时，加速过程开始，一旦电荷进入该腔， 将沿半圆形路径运动
• 在腔内运动时，带电粒子速度保持不变， 振荡器的频率为
• 那么带电粒子到达空隙的时候外加电压极性正好改变，缝隙中的电场方向随 之改变，使粒子得到加速又进入另一 D 形腔，这时粒子运动的半径也就大了 一些。这样，粒子每次通过空隙都获得一些动能，从而进入更大半径的运动 轨道。这一过程一直重复到粒子从 D 形腔的边界射出。射出速度为
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20Mev的能量 范围，另外回旋加速器中粒子回旋的轨道半径逐渐地由小到大,因而磁体本身必须是实心的圆 柱,这是极为笨重的,而且耗资昂贵。
物理学中的高能粒子加速器技术
物理学中的高能粒子加速器技术一、引言物理学是自然科学中的一个重要领域，它通过对自然现象的研究，揭示了自然界的奥秘。
在这一领域，高能粒子加速器技术是一个重要工具，它能够产生高速运动的粒子，帮助科学家深入探究物质构成和宇宙演化。
二、高能粒子加速器的基本原理高能粒子加速器是通过电场和磁场作用，让带电粒子不断加速，最终达到高速运动的设备。
在一个简单的加速器中，通常包含一个加速电极、一个电源和一个控制系统。
加速电极中会产生强电场，把电子或者其他粒子加速到接近光速的速度。
具体来说，当带电粒子穿过加速电极时，它会受到电场力的作用，加速运动。
此时，粒子的能量和动量会不断增加，在电场和磁场的作用下，粒子逐渐达到高速运动的状态。
随着粒子加速，它的质量也会增加，这样就需要不断加大电场的强度，才能保证粒子继续加速。
三、高能粒子加速器的应用高能粒子加速器在物理学领域具有广泛的应用，下面列举几个典型的例子。
1、核物理研究在核物理研究中，高能粒子加速器被用来研究粒子结构和核反应。
例如，在加速器中可以加速质子，撞开原子核，研究原子核内部的粒子构成和相互作用。
同时，加速器还可以用来研究核反应的产物，例如放射性同位素等。
2、粒子物理学研究粒子物理学是研究物质最基本粒子的一门学科，高能粒子加速器在这一领域有着重要应用。
例如，通过加速器可以产生高能粒子束，利用粒子束与物质之间的相互作用，揭示物质的基本粒子构成和相互作用。
3、医学诊断在医学领域，高能粒子加速器也有着广泛的应用。
例如，放射性同位素在医学上可以用于诊断肿瘤和其他疾病，而这些同位素通常需要用高能粒子加速器来产生。
四、高能粒子加速器的发展现状高能粒子加速器技术的发展历史可以追溯到20世纪初期。
当时，还没有实现真正的加速，但是科学家们通过磁铁将粒子束沿着一条直线运动，开辟了这一领域的研究思路。
之后，随着加速技术和探测技术的发展，高能粒子加速器逐渐被广泛应用。
目前，世界上最大的高能粒子加速器是欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）。
高能粒子加速器技术的发展与应用前景
高能粒子加速器技术的发展与应用前景随着现代科学技术的不断发展，高能粒子加速器技术越来越重要。
高能粒子加速器是一种将电子、质子、重离子等粒子加速到极高速度并发生相互作用的研究工具，主要用于物理、材料、生命、能源和环境等领域的基础研究与应用研究。
1.高能粒子加速器技术的发展历程高能粒子加速器技术可以追溯到20世纪初，当时科学家利用静电场对粒子进行加速。
20世纪30年代，美国物理学家R. Van de Graaff发明了静电场加速器，使得离子能量提高到了数百万电子伏。
20世纪50年代，利用弱相互作用，冰岛物理学家T. Bjorken和美国物理学家S. Glashow提出了中微子的理论，由此导致了粒子物理学的兴起。
从此，人类开始致力于研究大型高能粒子加速器的设计和建造。
20世纪70年代，欧洲核子研究组织（CERN）建造了欧洲核子中心，开始建设大型粒子加速器漩涡正负电子对撞机（LEP）和Large Hadron Collider（LHC）两大装置，这标志着高能粒子物理实验进入了“超对称时代”。
至今，高能粒子加速器技术已经发展了近一个世纪，有了很多重要的创新。
20世纪80年代初，欧洲同步辐射的产生和应用使得X光光源设备得以发展，于是，全球大型同步辐射设备的建设和运行已经成为了国家科技发展的需要之一。
21世纪，世界各地涌现出了大量的高能粒子物理实验中心，这些实验中心大大推动了高能物理研究的发展。
2. 高能粒子加速器技术的应用前景高能粒子加速器技术的应用日益广泛，特别是在新材料、新药物研究、纳米技术、环境保护等领域有广泛的应用前景。
我们可以列举一些领域来说明：（1）能源领域。
高能粒子加速器技术可以产生强辐射，从而研究新型材料的辐射衰减特性。
由此，可以在核反应堆的设计与建造中得到应用。
同时，高通量质子源的应用使得聚变人工制造成为现实，有很大的发展空间。
（2）医学领域。
高能粒子加速器技术的辐射特性使得它在肿瘤治疗方面可以发挥重要作用。
RFQ加速器简介
参数 ：фs 及 m 分别由 -90o 及 1 缓慢地增至 加速段的初值， B 保持不变。
作用：实现绝热聚束，聚束 效率可达 90%以上。 成形段是为绝热聚束段提供合适的初始条件。
Ⅳ—加速段 AC (Accelerating) 参数：фs 、m 及 B 均保持不变，фs 及 m 一般取在-30o 及 2 左右。 作用： 保持高效
5.2 四翼型 RFQ 加速腔
1980 年 LANL 提出，见图.1。
在园柱形腔的内壁对称地贴上四个翼。
通常在一个谐振腔中可激发产生很多不同频率的不同电磁场分布
---- 模式 (mode)
4 Vane RFQ 中： 工作模式
(2)
n>1 l =0
其中 k=2π/λ
一般为简化，仅取前二项：
U (r,θ ,
z)
=
−V 2
[F00 r 2
cos 2θ
+
A10 I 0 (kr) sin
kz]
(3)
A10=
A
=
m2 −1 m2I0 (ka) + I0 (mka)
------ 加速系数
(4)
F00= F = 1 − AI0 (ka)
图 3 一台 RFQ 的束流 动力学参数
Ⅰ— 径向匹配段 RM( Radial Matching ) 参数：a 呈喇叭口状缩至 r0 ，m =1, B 从 0 增至通常值 此段长通常仅有 2—5 个单元
图 4 无 RM 段（a）及有 RM 段（b）的 RFQ 接受度图 作用：使 RFQ 的径向接受度由随时间变化的图 4a, 改变到基本不随时间变化的图 4b， 以便与不随时间变化的低能输运段的发射度相匹配。
重离子加速器技术的研究与应用
重离子加速器技术的研究与应用重离子加速器技术是一项高新技术，其研究和应用领域涉及生物医学、能源等多个领域。
重离子加速器是指以重离子为加速质量的加速器，重离子具有强大的穿透能力和较高的能量密度，在各个领域都有广泛的应用。
一、重离子加速器技术的起源和发展重离子加速器技术始于上世纪60年代，最初的重离子加速器是用来研究原子核结构和基础物理的科研设备。
后来，随着技术的不断发展，重离子加速器应用领域也逐渐扩展，包括了地质勘探、材料加工、核物理、医学、环保等诸多领域。
二、重离子加速器技术的应用领域1、生物医学领域重离子加速器技术在生物医学领域的应用主要有两个方面，一是肿瘤治疗，二是基因治疗。
重离子加速器可以将重离子束送入人体内，精确地杀灭肿瘤细胞，而对正常细胞造成的伤害非常小。
此外，重离子加速器还可以用于基因治疗，向靶细胞内部输入重离子粒子，激发细胞自身修复能力，治疗各种疾病。
2、能源领域重离子加速器技术在能源领域的应用主要包括核聚变、核裂变和储能技术三个方面。
重离子加速器可以进行核聚变实验，探索清洁能源的未来；重离子加速器也可以进行核裂变实验，为核电站研究提供基础理论和实验技术支持；重离子加速器还可以用于电网储能技术的研究，为电力供需保持平衡提供技术保障。
3、环保领域重离子加速器技术在环保领域的应用主要是大气污染治理和水净化。
重离子加速器可以利用高能离子束进行空气污染的处理，去除大气中的污染物；重离子加速器还可以用于水处理技术的研究，对水中的污染物进行处理，净化水质。
三、重离子加速器技术的发展方向未来，重离子加速器技术还有很大的发展潜力，研究方向主要有四个方面。
一是设计、改造和建造新型重离子加速器，使其更加稳定和运行效率更加高效。
二是研究、完善和开发新型重离子束源，获得更为稳定的、较高的束流质量。
三是对加速器材料的研究，开发高强度、高温度、高辐射的材料，以提升加速器的使用寿命和安全性能。
四是对加速器技术的多学科研究，结合现代计算和控制技术，实现智能化的加速器控制和操作。
粒子加速器的发展与应用
粒子加速器的发展与应用一、引言粒子加速器是一种重要的科学装置，被广泛应用于物理、医学等领域。
本文将探讨粒子加速器的发展历程和在各个领域的应用。
二、发展历程粒子加速器的发展可以追溯到20世纪早期。
当时，科学家们开始探索如何加速粒子的能力。
随着电子的发现和研究，人们意识到通过加速电子，可以获得更高的能量。
这是粒子加速器的起源。
最早的粒子加速器是用静电场来加速电子。
随后，人们发展了更加先进的装置，如迈克尔森干涉仪。
这些装置利用电场和磁场的相互作用，使电子得到更高的速度和能量。
进入20世纪中叶，粒子加速器取得了重大突破。
1954年，人们成功地建造出了第一个质子同步加速器，被用于粒子物理实验。
之后，随着技术的进步，各种类型的粒子加速器相继问世。
三、应用领域（一）基础科学研究粒子加速器在基础科学研究中发挥着重要的作用。
例如，在粒子物理研究中，加速器能够使粒子获得更高的速度和能量，从而揭示物质和宇宙的奥秘。
通过加速器实验，人们成功发现了许多基本粒子，如夸克、轻子等。
这些发现对于我们理解物质的基本结构和相互作用起到了重要的推动作用。
此外，加速器还被应用于核物理研究、等离子体物理研究等领域。
通过高能粒子的碰撞和相互作用，科学家们能够更深入地了解物质的性质和行为，为未来的科学研究提供了新的突破口。
（二）医学应用粒子加速器在医学诊断和治疗中也发挥着重要作用。
例如，加速器可以产生高能X射线和质子束，用于诊断疾病。
高能X射线能够穿透人体组织，对骨骼和软组织进行成像，帮助医生发现病变。
另外，加速器还可以用于肿瘤治疗。
高能质子和重离子束能够精确地瞄准肿瘤组织，将辐射剂量集中在肿瘤上，减少对周围正常组织的损伤。
这种精确治疗方式被称为放射治疗，已经在一些肿瘤中心得到广泛应用。
（三）环境与能源粒子加速器还被用于环境与能源领域的研究。
例如，加速器可以模拟太阳风暴，研究其对地球和人类活动的影响。
人们利用加速器产生高能粒子束，模拟太阳风暴的辐射效应，以便更好地保护通信系统和电力设施。
加速器原理-加速器的发展历史
自世界上建造第一台加 速器以来，七十多年中 加速器的能量大致提高 了9个数量级（参见左 图），同时每单位能量 的造价降低了约4个数 量级，如此惊人的发展 速度在所有的科学领域 都是少见的。
随着加速器能量的不断 提高，人类对微观物质 世界的认识逐步深入， 粒子物理研究取得了巨 大的成就。
中国加速器发展简史
高压型，它们能加速粒子的能量受高压 击穿所限，大致在10MeV。
高压倍加器和静电加速器均属直流高压
第一批粒子加速器的运行显示了人工方法产生快 速粒子束的巨大优越性：不仅其强度远高于放射性 元素、宇宙射线等天然快速粒子源，而且粒子的品 种、能量以及粒子束的方向等都可任意选择、精确 调节。但这些加速器的粒子能量低, 回旋加速器是 唯一能将氘和α粒子加速到20—50MeV的加速器.
即，α粒子与14N反应，产生了
14 N p 17 O 17O和质子。云室中粒子撞击氮 原子核的反应可看出质子。
14 N(α，p)17 O
这是人类历史上第一次人工实 现“点金术”：使一种元素变 成另一种元素
1928年G.伽莫夫关于量子隧道效应的计算后, 静电加速器（1928年） 、回旋加速器（1929 年） 、 倍压加速器（1932年）等不同设想 几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一 批加速装置。
美国实验物理学家劳伦斯1932年建成了回旋加速器，并 获得人工放射性元素为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。 他们通过人工加速的p、d和α等粒子轰击靶核得到高强 度的中子束，首次制成了24Na、32P、131I等医用同位素。 这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。
静电加速器
1933年美国科学家凡德格拉夫(R.J.van de Graaff)发明了使用另一种产生高压 方法的高压加速器——命名为凡德格拉 夫静电加速器。它的能量均匀度高,被誉 为核结构研究的精密工具。
中国回旋加速器发展史
中国回旋加速器发展史
中国回旋加速器发展史可以追溯到上世纪50年代。
以下是中国回旋加速器发展的主要里程碑：
1.1958年：中国的第一台回旋加速器——环形电子加速器完
成建设。
这是中国第一个自主设计和建造的加速器设备。
2.1973年：中国第一个环形质子加速器（HIRFL-1）在中国
科学院近代物理研究所开始运行。
它用于核物理、原子核
分裂和高能物理研究。
3.1988年：中国开始建设大型正负电子对撞机（BEPC），用
于研究粒子物理学。
BEPC于1989年开始运行。
4.2008年：上海光源（Shanghai Synchrotron Radiation
Facility，SSRF）建成并投入运行。
SSRF是中国第一台第三
代自由电子激光器（FEL）加速器，用于材料科学、生命
科学等研究领域。
5.2016年：中国开始建设中国散裂中子源（China Spallation
Neutron Source，CSNS），该中子源于2018年投入试运行，用于材料科学、能源、环境等研究。
6.2020年：中国提出了粒子物理学大型科学装置——“中国
电子正负对撞机”（CEPC）和超级高能强子对撞机（SPPC）计划，计划将在未来建设更大型、更高能的粒子加速器。
可以看出，中国在回旋加速器领域取得了显著的发展和进步。
这些回旋加速器在核物理、原子物理、粒子物理和材料科学等
领域做出了重要贡献，为中国的科学研究和创新提供了重要的实验平台。
同时，中国也在加速器技术和应用领域取得了许多创新和突破，为国际加速器社区做出了积极贡献。
粒子加速器发展历程
粒子加速器发展历程粒子加速器是一种利用电场、磁场、射频场等物理原理将带电粒子加速至高能状态的装置。
自20世纪初问世以来，粒子加速器经历了数十年的发展与演进，推动了粒子物理学、核物理学等领域的研究取得突破性进展。
本文将回顾粒子加速器的发展历程，介绍其主要类型和应用领域。
20世纪初，粒子加速器的发展尚处于起步阶段。
1902年，英国科学家D.E. Hughes首次实现了对电子的加速，并开创了粒子加速器的先河。
随后，法国物理学家B. B. Childs成功制造出了第一个电子静电加速器。
但当时的加速器尺寸较小，加速能力有限，应用领域主要集中在核物理学的研究上。
20世纪30年代，随着物理学的不断发展，粒子加速器开始逐渐发展壮大。
1932年，美国科学家E. O. Lawrence发明了环形粒子加速器（cyclotron），此类加速器利用磁场和射频场使带电粒子沿环形轨道加速，大大提高了加速能力。
首次在实验中成功实现了30MeV的质子加速。
环形粒子加速器的问世标志着粒子加速器技术迈入了新阶段。
在第二次世界大战期间，粒子加速器得到了广泛应用。
1940年，美国科学家E. O. Lawrence与R. McMillan使用环形粒子加速器成功实现了对重离子加速，并将得到的重离子束引入到目标核中，产生了首批人工放射性同位素。
这一重大突破不仅推动了核物理学的发展，也为医学、工业应用等领域提供了新的可能性。
20世纪50年代，粒子加速器技术取得了显著突破。
1952年，美国科学家V. W. Zacharias发明了线性加速器（linac），此类加速器利用电场和射频场使带电粒子沿直线轨道加速，可以达到更高的能量。
与环形加速器相比，线性加速器更加灵活，可应用于各种核物理实验以及医学放射治疗等领域。
20世纪60年代，粒子加速器进一步发展。
1968年，欧洲核子研究中心（CERN）创立，成为欧洲粒子物理研究的中心，推动了粒子加速器的国际合作与交流。
线性加速的发展例子
线性加速的发展例子
线性加速器是一种加速粒子的装置，它利用电磁场给予粒子的能量逐渐增加，进而将其加速到高速运动状态。
这是线性加速的发展例子：
1. 最早的线性加速器被用于放射性同位素研究。
在1950年代，由美国劳伦斯伯克利国家实验室建设的一台线性加速器在研究放射性同位素方面取得了重要成果。
2. 导弹防御系统需要高速的粒子束扫描并摧毁来袭导弹。
线性加速器被应用于导弹防御系统中，它能够加速高速电子束以摧毁导弹。
3. 在医学上，利用线性加速器进行放射治疗已经成为常见方式。
线性加速器可以加速高能电子，从而破坏肿瘤细胞，治疗癌症。
4. 另外，线性加速器也被应用于核物理研究领域。
在核物理研究中，需要精细的束流控制和高能电子束。
而线性加速器可以提供靶核反应所需要的束流，这对进行核反应研究非常重要。
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加速器发展历史•1919年英国科学家卢瑟福(E.Rutherford)用天然放射源中能量为几个MeV、速度为2×109厘米/秒的高速α粒子束（即氦核），轰击厚度仅为0.0004厘米的金属箔的“靶”，实现了人类科学史上第一次人工核反应。
利用靶后放置的硫化锌荧光屏测得了粒子散射的分布，发现原子核本身有结构。
•静电加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍压加速器（1932年）等不同设想几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一批加速装置。
•1932年美国科学家柯克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿建造成世界上第一台直流加速器——命名为柯克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器，以能量为0.4MeV的质子束轰击锂靶，得到α粒子和氦的核反应实验。
这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。
•1933年美国科学家凡德格拉夫发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——命名为凡德格拉夫静电加速器。
•奈辛于1924年，维德罗于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器，由于受当时高频技术的限制，这种加速器只能将钾离子加速到50keV。
但在此原理的启发下，美国实验物理学家劳伦斯(wrence)1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。
这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。
•1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加速器——稳相加速器。
自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器（高频加速电场的频率随倍加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋频率与加速电场同步）、现代的质子直线加速器、同步加速器（使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹，但维持加速场的高频频率不变）等。
•自此，加速器的建造解决了原理上的限制，但提高能量受到了经济上的限制。
随着能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升，提高能量实际上被限制在1GeV以下。
同步加速器的环形磁铁的造价虽然大大减少，但因横向聚焦力较差，真空盒尺寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙大，依然需要很重的磁铁，要想用它把质子加速到10GeV以上仍是不现实的。
•1952年美国科学家柯隆、李温斯顿和史耐德发表了强聚焦原理的论文，根据这个原理建造强聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价大大降低，使加速器有了向更高能量发展的可能。
这是加速器发展史上的又一次革命，影响巨大。
此后，在环形或直线加速器中，普遍采用了强聚焦原理。
•电子只有作直线运动时没有辐射损失，使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子加速到1000GeV，这不是理论的限度，而是造价的限制。
•1960年意大利科学家陶歇克首次提出了两束加速粒子对撞的方式，并在意大利Frascati国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机，验证了原理。
•射频直线加速器（RF linac），是采用射频场以直线形式来加速带电粒子的。
加速电子的就是电子直线加速器。
•电子直线加速器是利用微波功率产生高频电场对电子进行加速的装置，它使微波功率转化为束流功率。
•奈辛(G.Ising)于1924年，维德罗(E.Wideroe)于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器。
•电子直线加速器的真正迅速发展，是在第二次世界大战后。
它基于技术和理论基础：高功率源(脉冲功率兆瓦级,频率3000兆周以上）。
1945年的自动稳相原理。
电子直线加速器的构成主要包括●电子枪●加速管●调制器●功率源●微波传输系统●聚焦系统●真空系统●控制系统●恒温系统●束流输运系统●附属设备等工作过程调制器产生两个高压脉冲，一个激励功率源，高功率射频脉冲经过微波传输系统，进入加速管，建立加速场。
另一个高压脉冲稍加延迟，加到电子枪，引出电子束，电子束流进入加速管道，受到射频场加速。
每秒钟加速的宏脉冲束团个数，取决于调制器产生的脉冲重复频率。
聚焦系统用来保证束流在加速过程中能顺利地通过加速波导，保持低的发射度。
加速到高能的电子束由输出窗引出，经过束流输运系统到达使用区。
在加速器中须保持良好的真空，以减少电子束与气体分子碰撞而引起的束流损失和防止高频放电。
由于加速管壁上的欧姆损耗，产生大量的热量，需要用恒温水流带走，恒温水控制系统能使加速管保持在稳定的温度。
控制系统的任务是实现远距离操作及监测整个加速器的运行情况。
图1给出的是射频电子直线加速器基本组成框图。
图1 电子直线加速器基本组成框图•能量：2MeV-11MeV•频率：S波段及以上•加速结构：驻波（SW）/行波（TW）•工作模式：π， 2π/3•电子枪：二极枪•功率源：磁控管具有相同相速的入射波与反射波的叠加就产生一个驻波420,1,2,3,..n n 0.0,1,2,3,..n 212n cos 2sin .cos 2)sin()sin(λπππωωωω=======+==-=+=+-=-=kz k kt A kz t A E E E kz t A E kz t A E 差位置与时间无关，位置位置最小值位置最大值反正驻反正 • 驻波加速器因为需要满足纵向的边界条件，所以驻波加速器只能工作在色散图中的一些分立点上，而行波加速器则可以工作在色散图中的任意点上。
• 驻波加速器因为需要入射波与反射波同时加速粒子，驻波加速器运行在通频带的最低频率或者最高频率上。
在那里入射波与反射波具有相同的相速，即k n L=Nπ其中N=0，1。
也就是所谓的0模或者π模。
在0模时，所有腔都在同一个相位上，在π模时相邻的腔内的场具有相反的相位。
模0，ππ/2有效分路阻抗最大最小模式间隔最小最大群速最小最大损耗引起的场相移最大最小微扰引起的场畸变最大最小直线加速器中的加速电场行波直线加速器的加速管由金属波导组成。
在均匀的金属电磁波（横磁波）。
这个波沿着直线波导里输入适当的微波功率，便能激起TM010波导管传播。
但是在通常的圆柱波导中，这种电磁波的轴向电场分量，不能用来加速带电粒子。
这是由于电磁波的相速大于光速，而按照相对论的观点，电子的速度不可能超过光速，减慢相速的装置叫做“慢波结构”。
目前在直线加速器中通用的慢波结构有：盘荷波导，带漂移管的谐振腔以及螺旋波导等。
这些慢波结构都是在均匀的金属波导中，周期地加载一些金属结构，如金属盘片，金属管以及金属管制成的螺旋线，以减慢行波的相速。
在这种周期结构里，设周期长度为D ，电场的分布遵循弗洛克定理（Floquet ’s Theorem ），即轴向电场的分布为：)Z (E e )D Z (E D jk z -=+（1） 这儿的k z D 为每周期的相移。
以D 为周期，对E(z+D)作傅立叶展开，可得轴上的电场为： ∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=nZD n 2k t j n Z z eE j E πω (2)设整个系统为旋转对称，则轴向电场可写成为：∑⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=nZD n 2k t j rn 0n Z z e)r k (J E j E πω （3）式中J 0(k rn r)为零阶贝塞尔函数，k z =ω/v p 为基波的传播常数,ω，v p 分别为角频率和相速，()Z k t j 0Z z e jE E --=ω（5）取其实部得()ϕωsin -E t z k sin E E 0z 0Z =--=（6）式中 t z k z ωϕ-=（7）公式（6）就是行波直线加速器中的加速电场。
根据电磁场理论，由E z 可解得电磁场的其它分量。
对于理想的圆柱对称场，有：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫∂∂===∂∂-==⎰⎰r 0z 2z r r 0z r dr t E r r c 1B 0B 0B dr z E r r 1E 0E θθ （8）对于n>0的空间谐波，由于其振荡为⎪⎭⎫ ⎝⎛+z D 2sin n πϕ的缘故而变化很快。
因此，n=0的基波控制了粒子的运动。
下面我们来分析电子在公式(6)和公式（8）所表示的基波场中的运动情况。
直线加速器中粒子的相运动电子的相运动实质上就是电子的纵向运动。
电子的相运动过程是沿着管道轴向(即纵向)进行的。
纵向（z 向）运动方程电子在加速电场E z 中运动，其能量变化为：()()z e z 20 B e eE c m dzd⨯+=νγ（9）式中e 为电子电荷，m 0为其静止能量，v e 为电子速度，()2/12e 1--=βγ ， c /e e νβ= 。
将公式（6）代入公式（9），即可得到： ϕγsin cm eE dz d 200-= （10）又，从公式（7）不难得到：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=e p 112dz d ββλπϕ （11）引入无量纲变量λξz=（12）则方程（10）和（11）可重写为： ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=e p rf 112d d sin A d d ββπξϕϕξγ（13） 这就是电子在加速波导中的纵向运动方程，其中 200rf c m /eE A λ= 为电磁波的场强参数c /p p νβ=，应该指出的是，方程（13）中的第一个方程的右边，只考虑了射频场对电子的作用。
在强流直线加速器中，还必须计入电子束本身的空间电荷效应和束流负载效应。
稳相原理在直线加速器里，有效的行波相速沿着加速器轴线按一定的规律变化。
只有那些开始的运动速度等于当地行波的相速，并且运动速度的变化规律与行波相速变化的规律一致的粒子，才能与行波电场同步运动，这种粒子在行波场中所处的相角φs 才能保持不变，这种粒子才是严格的“同步粒子”，有的书上称为“参考粒子”。
同步粒子在行波场中所处的相角φs 称为“平衡相位”。
严格来说，在一个高频周期2π相位中，位于φs 相位上的粒子只有一个，如果只有它能随行波一同前进，稳定地得到加速，那意义是不大的。
更何况，由于各种扰动，例如加速场振幅、相速的微小变化，同步粒子也可能会偏离平衡相位。
幸好，如同其它谐振加速器一样，在直线加速器里也有自动稳相现象的存在。
一些不严格同步的粒子的加速相角会绕着平衡相位作振荡。
通常称这种自动稳相现象为稳相原理。
从电子的纵向运动方程（13）看到，当φ取负值时，粒子的相对论能量γ将增加，反之亦然。
因此，通常取在⎪⎭⎫ ⎝⎛-2~0π的范围。
设平衡相位为 φs ，从图2可以看到相运动的自动稳相过程：图2 稳相原理当非同步粒子早于同步粒子到达第一个腔时，它得到的能量增量较同步粒子小，因此它获得的飞行速度的增量也较小，于是，在到达下一个腔时，它的相位也将往后滑移，也即向 φs 靠拢；如果到达第一个腔时，非同步粒子迟于同步粒子，则它得到的能量较同步粒子大，速度的增量也较大，于是在飞达 下一个腔时，它的相位向前滑移，也向 φs 靠拢。