粒子加速器的基本知识

粒子加速器的基本知识

2010-10-28 | 【大中小】【打印】【关闭】

粒子加速器是用来产生和加速带电离子的装置。粒子加速器一般包括用于产生带电粒子的离子源、用于传输束流的束运线、加速装置和实验终端等。

粒子加速器的主要设备包括各类磁铁元件、电源、真空设备、高频、注入引出元件、诊断元件和控制系统等。其中，二极磁铁用于改变带电粒子的运动方向，四极磁铁用于对带电粒子束进行聚焦，通常还包括六极磁铁、八极磁铁和校正磁铁等。加速器的磁铁大都是电磁铁，需要专用电源对其供电。此外，由于带电粒子与气体分子碰撞会损失能量，受到散射而损失，带电粒子的传输需要在真空环境下进行，这就意味着从离子源经过束运线，最终到实验终端的整个传输过程都必须维持真空环境，所以加速器的真空系统往往十分庞大。很多粒子加速器都采用高频腔来产生交变电场来加速或捕获带电离子，所以高频系统是粒子加速器的重要部件之一。注入引出元件分别用于带电离子的注入和引出；诊断元件用来测量束流的位置、强度、发射度、能量和Q值等信息，是加速器调束人员和物理实验人员的“眼睛”；控制系统用于远程获取和控制加速器各设备的运行状态，在同步加速器中，由于各相关设备必须统一按照预设的运行模式同步运行，快速、可靠的控制系统就显得尤为重要。

核物理实验一般都是采用一定能量的粒子束轰击打靶，改变靶原子核的状态，通过分析靶原子核状态改变后的结果，可以了解微观物质的组成和运动的规律。早期的核物理实验所用的粒子都是由天然的钋和镭的放射性同位素产生的，深入进行核物理研究需要粒子种类可变、能量更高和束流更强的粒子束，这就对用人工的方法产生不同种类，能量可变的高能粒子束提出了迫切的要求，由此推动了粒子加速器技术的发展。随着科学技术的进步，粒子加速器所提供的离子种类越来越多，能量范围越来越高，粒子加速器已经成为人类认识微观世界的重要手段。

根据所加速粒子种类的不同，粒子加速器可以分为电子加速器和重离子加速器。其

中，电子加速器用于加速电子，重离子加速器用于加速质子和比质子更重的离子。按照加速能量的范围来划分，粒子加速器可以分为低能加速器、中能加速器和高能加速器。根据离子运动轨迹的不同，粒子加速器可以分为直线加速器和环形加速器，在直线加速器中，离子的运动轨迹是直线，而环形加速器中离子的运动轨迹是环形的，回旋加速器是环形加速器的一种。在回旋加速器中，离子在恒定的强磁场中沿圆弧轨道运动，被固定频率的高频电场多次加速，获得足够高的能量，然后引出用于物理实验。

超大粒子加速器

近物所电子加速器1 近物所电子加速器2