词条 | 回旋加速器 |
释义 | huixuan jiasuqi 回旋加速器(卷名:物理学) cyclotron 一种粒子沿圆弧轨道运动的磁的谐振加速器,离子在恒定的强磁场中,被固定频率的高频电场多次加速,获得足够高的能量。1930年,E.O.劳伦斯提出了回旋加速器的工作原理(见彩图)。1932年,第一台直径为27厘米(11英寸)的回旋加速器在劳伦斯伯克利实验室(LBL)投入运行,它能将质子加速到1MeV。 回旋加速器采用圆柱形磁极,二个磁极面之间形成大致均匀分布的不随时间变化的主导磁场。为了满足轴向聚焦的要求,描述磁场性质的场指数必须是0﹤n﹤1,这里r是加速粒子的轨道曲率半径,也就是说磁场应该随半径略有减小。 两个磁极面之间安放一个真空室(见图),真空室中装有两个半圆形盒状的金属电极(即D形电极)。D形电极联接到 1/4波长的共振线上,后者耦合到高频电源输出端上。高频电源工作时,两个 D形电极之间的间隙内就有高频电场产生。离子源安装在真空室中心的加速间隙中,离子从离子源发射出来后,在D形电极间高频电场的作用下得到加速。在D形电极里,没有高频电场,所以粒子进入D形电极以后,就不再受到高频电场的作用,仅在恒定的主导磁场作用下作圆周运动。在加速过程中,由于粒子能量不断增加,轨道曲率半径也不断增加,粒子的运动轨迹近似于一条阿基米德螺线。 粒子到达加速间隙受到幅值为VA,相位为嗞的高频电场的作用,它的动能增加ΔW为 ΔW=ZeVacos嗞,这里Ze为粒子的电荷,如果粒子回旋半圈的时间等于加速电压半周期的奇整数倍,则当粒子再次到达加速间隙时,便能得到加速,这就是回旋加速器的谐振加速条件。 粒子在回旋加速器的主导磁场里作圆周运动的周期Tc为 这里m是粒子的质量,B是磁感应强度。当能量增加时,如果保持为常数,粒子在每次通过间隙时的高频相位嗞,也保持不变,因而粒子总是获得能量。但实际上,由于轴向聚焦要求,磁感应强度B 随半径减小。此外,由于相对论的质能对应原理,粒子的质量随能量增加而变大,使得Tc随能量(或者说随半径)而增大。粒子在到达加速间隙时的高频相位不断改变。这就是相移现象。一旦相位嗞移到大于π/2区域(即减速区),粒子能量开始减小。这样就限制了回旋加速器的最高能量。 通常称这类回旋加速器为经典回旋加速器,它的最高能量限于每核子20兆电子伏,为了提高它的能量上限,发展了调频回旋加速器和等时性回旋加速器(见同步回旋加速器和扇形聚焦回旋加速器)。 参考书目 M. S. Livingston and J. P. Blewett, particle Accelerators, McGraw-Hill, New York,1962. A. A. Kolomensky and A. N. Lebedev, Theory of Cyclic Accelerators, John Wiley & Sons, New York, 1966. J. J. Livingood, Principles of Cyclic particle Accelerators,Van Nostrand Reinhold,New York,1961. |
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