回旋加速器的原理及应用.

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
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，
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
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。
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 并获得最大的能量，在该点处粒子将被束流提取装置提取引出。 若粒子的质量为m，所带电荷为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。
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。
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。
指导教师：杨晓梅
课题组长：马学利（1200824பைடு நூலகம்618）
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