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電子直線加速器的發展史

2021-10-09 09:44:51 來源:

TAGS關鍵字:加速器 X光加速器 

[摘要] 電子直線加速器按采用的加速波分類,有行波與駐波兩類。前者用圓柱波導作為加速結構,在其內沿軸周期性地設置圓盤負載,使波導中傳播的相速小于或等于光速,以利同步地加速粒子,其

 電子直線加速器按采用的加速波分類,有行波與駐波兩類。前者用圓柱波導作為加速結構,在其內沿軸周期性地設置圓盤負載,使波導中傳播的相速小于或等于光速,以利同步地加速粒子,其加速場的模式為類-TM01,它在近軸區提供最大的軸向電場分量。后者采用圓柱形諧振腔,也沿軸周期性地設置電極(或稱漂移管)負載,以提高有效加速電場強度,其加速場的模式為類-TM010,同樣在近軸區提供最大的軸向電場分量。衡量加速結構性能的主要參數有兩類:一是與加速效率有關的參量,特別是有效分路阻抗。二是加速結構的穩定性,它表征由于結構的誤差和鄰近非加速模式對束流的影響。d15安檢之家

 
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直線加速器的雛形概念最早是由英國科學家G.Ising在1924年提出,1924年他在一篇名為《產生高壓極隧射線方法原理》的文章中提出了一個直線加速器的設計圖樣。根據G.Ising的文章,直線加速器由一個直的真空管道和一系列的帶孔的金屬漂移管組成。粒子的加速是通過相鄰的漂移管之間的脈沖電場完成的,電場和粒子的同步是由電壓源和相應的漂移管之間的傳輸線長度的時間延遲來實現。同時他在文章中寫道:“現在來深入討論實現這一想法的細節問題和可能遇到的困難為時尚早,我希望不久能做一個實驗。”這個建議在當時由于電磁技術的水平所限制的確難以實現。但是這個概念相當重要,對直線加速器的發展產生了里程碑式的影響。到了 1928年,直線加速器的概念正式被德國科學家RolfWideroe提出,他完成了世界上第一臺直線加速器。
 
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1940年美國科學家科斯特(D.W.Kerst)研制出世界上第一個電子感應加速器。但由于電子沿曲線運動時其切線方向不斷放射的電磁輻射造成能量的損失,電子感應加速器的能量提高受到了限制,極限約為100MeV。電子同步加速器使用電磁場提供加速能量,可以允許更大的輻射損失,極限約為10GeV。電子只有作直線運動時沒有輻射損失,使用電磁場加速的電子直線加速器可將電子加速到50GeV,這不是理論的限度,而是造價過高的限制。
自世界上建造第一臺加速器以來,七十多年中加速器的能量大致提高了9個數量級,同時每單位能量的造價降低了約4個數量級,如此驚人的發展速度在所有的科學領域都是少見的。隨著加速器能量的不斷提高,人類對微觀物質世界的認識逐步深入,粒子物理研究取得了巨大的成就。
 
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