《粒子加速器ParticleAccelerators.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粒子加速器ParticleAccelerators.ppt（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、粒子加速器Particle Accelerators,郭之虞北京大学重离子物理研究所2007年912月,核技术及应用专业必修课,第一章 绪论第二章 回旋加速器第三章 同步加速器第四章 射频直线加速器第五章 高压型加速器第六章 其它类型的加速器需具备的基础知识：数学分析、线性代数、常微分方程、贝瑟函数、普通物理、相对论力学、电动力学、传输线理论,第一章 绪论,一、什么是粒子加速器,粒子加速器是利用电场加速带电粒子的装置F=qE=ma 阴极射线管（显像管）是加速器的雏形粒子速度不能超过光速，但能量增加不受限制，故加速器实际上是增能器。W=qe Es ds粒子能量的单位：电子伏（eV）1 eV=1.
2、6021019 J对e,1.1MeV时=0.95,11MeV时=0.999,二、加速器的产生与发展,1919年卢瑟福用天然源首次实现人工核反应科学家需要可控的人工射线！20年代末30年代Van de GraaffHerbCockcroft&WaltonWidereLawrence思想活跃、发展迅速，静电与回旋为主流,二战后50年代雷达微波功率源射频直线加速器SLAC：e 900 MeV自动稳相原理(1945)突破回旋能量限制稳相加速器：p 700 MeV同步加速器：e 1 GeV p 10 GeV,6070年代等时性回旋加速器交变梯度强聚焦原理同步：e 12 GeV,p 500 GeV直线：e
3、 20 GeV,p 800 MeV对撞机原理DESYDoris 5.3 GeV e+e+超导加速技术,8090年代对撞机飞速发展同步辐射装置广为建造工业与医学应用得到普及本世纪大型强子对撞机LHC/国际直线对撞机ILC散裂中子源SNS/放射性核束加速装置RIA三代光源/能量回收直线加速器ERL/X波段自由电子激光X-FEL激光等离子体加速牵引力与驱动力,三、加速器的构成与 主要性能指标,1.基本物理问题1）提高能量：加速2）形成轨道：约束3）保持流强：聚焦4）维持寿命：稳定性5）提高亮度：冷却、阻尼 粒子/束流动力学,2.加速器的构成,3.主要性能指标1）能量100keV100MeV低能100
4、MeV1GeV中能1GeV100GeV高能 100GeV超高能2）加速场强单位长度增能MV/m3）流强pAnAAmAAkAMA4）亮度（对撞机、微束）单位面积流强nA/cm2 或 n/s/cm25）束流品质发射度（x,x 6维相空间）能散度（W/W）,6）束流的时间结构7）经济性指标造价运行费用（能耗）,四、加速器的分类,1.按粒子种类分电子、质子、重离子（W关系不同）次级粒子：正电子、反质子、放射性核束,2.按轨道形状分直线型回旋型环型3.按加速电场分静电场感应电场射频电磁场,4.按加速机制分非谐振(准)谐振有自动稳相机制,五、加速器的应用,1.基础研究（大科学工程）1）核物理核反应、核结构
5、 放射性核束物理2）高能物理基本粒子、夸克、胶子（对撞机）3）其它学科凝聚态物理、生命科学（同步辐射、散裂中子源）原子分子物理、化学地学、考古 夏商周断代工程,2.国计民生1）农业：辐射育种、保鲜、昆虫不育2）医学：放疗、同位素生产、消毒3）能源：反应堆材料、核废料处理、加速器驱动洁净核能系统（ADS）、惯性约束聚变4）环境：环境示踪与分析、三废处理5）信息：半导体与集成光学器件生产、单粒子效应与抗辐射加固6）材料：辐照加工（电线电缆、热缩材料、涂层固化、建材、磁带）、材料改性与精密加工、无损检测,3.国防与安全1）安全检查：集装箱、爆炸物、违禁品2）核武器：核爆模拟、闪光照相、核数据3）离子
6、束与激光武器：RFQ、FEL加速器的应用实际上是荷能粒子束及其次级射线的应用应用的基础：粒子束/射线与物质相互作用本质上主要是两类应用：利用能量效应（辐照、放疗）提取信息（核分析技术、成像技术）,六、我国加速器的发展,5060年代赵忠尧：质子静电加速器杨澄中：倍压加速器谢家麟：电子直线加速器从前苏联引进：电子感应、回旋等70年代离子注入机医用电子直线加速器此后众多小型加速器得到快速发展,8090年代：三大工程正负电子对撞机BEPC北京同步辐射装置合肥重离子回旋加速器兰州90年代本世纪初同步辐射装置二期合肥重离子冷却环兰州神龙一号感应直线九院十一五BEPCII北京三代同步辐射光源上海中国散裂中子源东莞,
