跑道式回旋加速器的工作原理（回旋加速器的工作原理）

關(guān)于跑道式回旋加速器的工作原理，回旋加速器的工作原理這個(gè)問(wèn)題很多朋友還不知道，今天小六來(lái)為大家解答以上的問(wèn)題，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、在回旋加速器中心部位的離子源(Ion Source)經(jīng)高壓電弧放電而使氣體電離發(fā)射出粒子束流，該粒子束流在稱為Dees的半圓形電極盒(簡(jiǎn)稱D型盒)中運(yùn)動(dòng)。

2、D型盒與高頻振蕩電源相聯(lián)為加速粒子提供交變的電場(chǎng)。

3、在磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的軌道中運(yùn)動(dòng)飛行被加速的粒子在近似于螺旋的軌道中運(yùn)動(dòng)飛行。

4、 在回旋加速器中心區(qū)域，粒子被拉出后經(jīng)電場(chǎng)的加速而獲得較低的初速度v1，同時(shí)，磁場(chǎng)也對(duì)這些粒子產(chǎn)生作用，兩種場(chǎng)作用的結(jié)果是粒子在Dee間隙(gap)內(nèi)按螺旋軌道飛行。

5、經(jīng)過(guò)非常短的時(shí)間后，粒子經(jīng)gap進(jìn)入另一個(gè)Dee電極盒，此后，粒子在該Dee電極盒一邊飛行到等電勢(shì)的另一邊。

6、每越過(guò)一個(gè)gap后，其軌道半徑將比前一次的軌道半徑大。

7、粒子運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)軌道半徑將隨時(shí)間t的增加而增大，粒子運(yùn)動(dòng)速度的平方與粒子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)成比例。

8、被加速粒子運(yùn)動(dòng)的螺旋軌道半徑r與運(yùn)行時(shí)間t的平方根成正比。

9、帶電粒子經(jīng)多次加速后，圓周軌道半徑達(dá)到最大并獲得最大的能量，在該點(diǎn)處粒子將被束流提取裝置提取引出。

10、 若粒子的質(zhì)量為m，所帶電荷為q，所具有的運(yùn)動(dòng)速度為v，運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線，粒子受到垂直于v和B的勞侖茲(Lorentz)力的作用，使粒子沿著曲率半徑為r的軌道作圓周運(yùn)動(dòng)[1，2]。

11、 依力的平衡條件，離子的運(yùn)動(dòng)速度為: v= Bqr/m (1) 粒子的動(dòng)能為 E=m*v*v/2=B*B*q*q*r*r/2m (2) 相同q/m的不同粒子，如氘核和氦核，用相同射頻(RF)和磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以加速到相同的速度，而氘核的動(dòng)能是氦核動(dòng)能的一半。

12、在回旋加速器中，為了加速質(zhì)子達(dá)到與氘核相同的速度，往往在設(shè)計(jì)中使磁場(chǎng)強(qiáng)度B減低一半。

13、 加速所需的高頻頻率F和磁場(chǎng)強(qiáng)度B取決于粒子的質(zhì)量和帶電電荷q。

14、通常根據(jù)所需的核反應(yīng)能量及粒子的質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)加速電場(chǎng)頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)度。

15、但隨著粒子旋轉(zhuǎn)速度的提高和能量的增加，相對(duì)論作用使得粒子質(zhì)量將不再是一個(gè)常數(shù)，即m≠m0，當(dāng)粒子的速度增加時(shí)，它的相對(duì)質(zhì)量(Relativistic mass)也增加。

16、因此，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中其旋轉(zhuǎn)周期也不是一個(gè)常數(shù)，并且粒子會(huì)逐漸進(jìn)入減速狀態(tài)。

17、因此，為了使粒子獲得較高的能量，或增加磁場(chǎng)強(qiáng)度或改變F，這在一個(gè)普通的回旋加速器中是不可能達(dá)到的，而且質(zhì)子在這樣的回旋加速器中是不可能被加速到20MeV以上。

18、所以傳統(tǒng)的回旋加速器只能加速粒子到一定的能量。

19、為此出現(xiàn)了等時(shí)性回旋加速器或調(diào)頻加速器。

20、 在回旋加速器中，帶電粒子經(jīng)多次加速后，圓周軌道直徑達(dá)到最大而接近Dees的邊緣并具有最大的能量，在該點(diǎn)粒子被束流提取裝置提取出。

21、一個(gè)粒子從回旋加速器中心飛行到提取裝置的總時(shí)間約為5ms。

22、在PETtrace回旋加速器中，質(zhì)子達(dá)到16.5MeV的能量約飛行200圈，氘核達(dá)到8.5MeV的能量約飛行80圈。

本文分享完畢，希望對(duì)大家有所幫助。

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