第六章电子感应加速器PPT讲稿.ppt

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1、第六章电子感应加速器第1页，共34页，编辑于2022年，星期三内 容6.16.1、电子感应加速器原理、电子感应加速器原理、电子感应加速器原理、电子感应加速器原理6.26.2、电子束的聚焦、电子束的聚焦、电子束的聚焦、电子束的聚焦6.36.3、电子能量和辐射损失、电子能量和辐射损失、电子能量和辐射损失、电子能量和辐射损失6.46.4、电子的入射俘获及电子流强度、电子的入射俘获及电子流强度、电子的入射俘获及电子流强度、电子的入射俘获及电子流强度6.56.5、感应加速器电子束性能、感应加速器电子束性能、感应加速器电子束性能、感应加速器电子束性能6.66.6、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器、直

2、线电子感应加速器、直线电子感应加速器第2页，共34页，编辑于2022年，星期三前前 言言1 1 1 1、电子加速器的类型、电子加速器的类型、电子加速器的类型、电子加速器的类型 电子加速器是加速器家族中的重电子加速器是加速器家族中的重电子加速器是加速器家族中的重电子加速器是加速器家族中的重要成员。电子加速器主要有以下几种要成员。电子加速器主要有以下几种要成员。电子加速器主要有以下几种要成员。电子加速器主要有以下几种类型：类型：类型：类型：本章介绍本章介绍电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器。2 2 2 2、1940194019401940年建成了第一台电子年建成了第一台电子年

3、建成了第一台电子年建成了第一台电子 感应加速器感应加速器感应加速器感应加速器（Ee=2.3MeVEe=2.3MeV）3 3 3 3、电子直线加速器（现代）、电子直线加速器（现代）、电子直线加速器（现代）、电子直线加速器（现代）4 4、电子加速器的用途、电子加速器的用途、电子加速器的用途、电子加速器的用途1 1）电子与物质的相互作用研究）电子与物质的相互作用研究）电子与物质的相互作用研究）电子与物质的相互作用研究 ；2 2）电子辐照加工；）电子辐照加工；）电子辐照加工；）电子辐照加工；（如电缆辐照，热缩管加工，器（如电缆辐照，热缩管加工，器（如电缆辐照，热缩管加工，器（如电缆辐照，热缩管加工，器

4、件辐照）件辐照）件辐照）件辐照）3 3）用电子打靶韧致辐射产生较高能）用电子打靶韧致辐射产生较高能）用电子打靶韧致辐射产生较高能）用电子打靶韧致辐射产生较高能 量、较高强度的光子；量、较高强度的光子；量、较高强度的光子；量、较高强度的光子；#光子与核的相互作用研究；光子与核的相互作用研究；光子与核的相互作用研究；光子与核的相互作用研究；#医学上的应用（如诊断、治疗）医学上的应用（如诊断、治疗）医学上的应用（如诊断、治疗）医学上的应用（如诊断、治疗）#农业上的应用（如辐照保农业上的应用（如辐照保农业上的应用（如辐照保农业上的应用（如辐照保 鲜）鲜）鲜）鲜）#工业探伤工业探伤工业探伤工业探伤#成像

5、检测。成像检测。成像检测。成像检测。4)白光中子源白光中子源第3页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速器原理、电子感应加速器原理1 1、感应加速原理、感应加速原理、感应加速原理、感应加速原理 根据麦克斯韦方程，变化的磁场根据麦克斯韦方程，变化的磁场根据麦克斯韦方程，变化的磁场根据麦克斯韦方程，变化的磁场可以产生涡旋电场，即：可以产生涡旋电场，即：可以产生涡旋电场，即：可以产生涡旋电场，即：（或（或 ）将电子注入到将电子注入到将电子注入到将电子注入到涡旋电场涡旋电场涡旋电场涡旋电场中进行中进行中进行中进行加速，同时，利用加速，同时，利用加速，同时，利用加速，同时，利用导引磁场

6、导引磁场导引磁场导引磁场将电子控将电子控将电子控将电子控制在恒定轨道加速制在恒定轨道加速制在恒定轨道加速制在恒定轨道加速。必须合理设计必须合理设计必须合理设计必须合理设计加速磁场加速磁场加速磁场加速磁场 和和和和轨道导引磁场轨道导引磁场轨道导引磁场轨道导引磁场 。第4页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理2 2、沿恒定轨道加速电子的导引、沿恒定轨道加速电子的导引、沿恒定轨道加速电子的导引、沿恒定轨道加速电子的导引 磁场条件磁场条件磁场条件磁场条件1 1）导引磁场（轨道磁场）导引磁场（轨道磁场）导引磁场（轨道磁场）导引磁场（轨道磁场）为了使电子沿恒定圆形

7、轨道运动并为了使电子沿恒定圆形轨道运动并为了使电子沿恒定圆形轨道运动并为了使电子沿恒定圆形轨道运动并在涡旋电场中得以加速，必须在电子在涡旋电场中得以加速，必须在电子在涡旋电场中得以加速，必须在电子在涡旋电场中得以加速，必须在电子恒定轨道上设置合适的导引磁场恒定轨道上设置合适的导引磁场恒定轨道上设置合适的导引磁场恒定轨道上设置合适的导引磁场 。2 2）导引磁场与电子能量的关系）导引磁场与电子能量的关系）导引磁场与电子能量的关系）导引磁场与电子能量的关系由：由：由：由：得：得：得：得：为轨道半径，为轨道半径，和和 分别为分别为电子的动能与静止能量。电子的动能与静止能量。上式即为轨道导引磁场与电子动

8、上式即为轨道导引磁场与电子动能之间的关系。能之间的关系。在电子感应加速器中，采取在在电子感应加速器中，采取在恒恒恒恒定轨道定轨道定轨道定轨道加速电子加速电子第5页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理3 3、电子能量增长与加速磁通量、电子能量增长与加速磁通量、电子能量增长与加速磁通量、电子能量增长与加速磁通量 之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系1 1）加速磁场）加速磁场）加速磁场）加速磁场 和加速磁通量和加速磁通量和加速磁通量和加速磁通量由由由由 必须有变化的磁场来产生涡旋的必须有变化的磁场来产生涡旋的电场用以加速电子，把这个磁场称为电场用以加速电

9、子，把这个磁场称为加速磁场。加速磁场在轨道圆所包围加速磁场。加速磁场在轨道圆所包围的面积上的通量称为的面积上的通量称为加速磁通量加速磁通量加速磁通量加速磁通量，即，即 为为 范围的平均加速磁场范围的平均加速磁场第6页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理3 3、电子能量增长与加速磁通量、电子能量增长与加速磁通量、电子能量增长与加速磁通量、电子能量增长与加速磁通量 之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系2 2）电子能量与磁通量的关系）电子能量与磁通量的关系）电子能量与磁通量的关系）电子能量与磁通量的关系电子沿轨道回旋一圈所获及的能量：电子沿轨道回旋一圈所

10、获及的能量：由积分方程：由积分方程：故得：故得：当电子能量达到几当电子能量达到几MeVMeV个时，个时，得：得：即是能量增长与磁通量增长的关系。即是能量增长与磁通量增长的关系。讨论：讨论：讨论：讨论：A A）离子质量比电子质量大的多，）离子质量比电子质量大的多，同样的动能的离子在磁场中的轨道同样的动能的离子在磁场中的轨道 半径比电子大的多；半径比电子大的多；B B）离子速度比电子速度小的多；）离子速度比电子速度小的多；离子增加一定能量所需的磁通量离子增加一定能量所需的磁通量离子增加一定能量所需的磁通量离子增加一定能量所需的磁通量增量比电子大的多，故感应加速器只增量比电子大的多，故感应加速器只增

11、量比电子大的多，故感应加速器只增量比电子大的多，故感应加速器只适合于加速电子。适合于加速电子。适合于加速电子。适合于加速电子。第7页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理4 4、平均加速磁场、平均加速磁场、平均加速磁场、平均加速磁场 与导引磁场与导引磁场与导引磁场与导引磁场 的的的的2 2：1 1关系关系关系关系由：由：得：得：另：另：此式表明：要使电子在不此式表明：要使电子在不断增长的磁场中沿一半径不断增长的磁场中沿一半径不变的圆形轨道上运动并加速，变的圆形轨道上运动并加速，就必须保证这个轨道范围内就必须保证这个轨道范围内的的平均磁感应强度平均磁感应强

12、度平均磁感应强度平均磁感应强度与轨道附与轨道附近的近的导引磁感应强度导引磁感应强度导引磁感应强度导引磁感应强度始终保始终保持持2 2：1 1关系。关系。第8页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理5 5、电子感应加速器的结构及工作、电子感应加速器的结构及工作、电子感应加速器的结构及工作、电子感应加速器的结构及工作状态状态状态状态（1 1）结构和组成）结构和组成）结构和组成）结构和组成 n n电子感应加速器的结构如图所示电子感应加速器的结构如图所示电子感应加速器的结构如图所示电子感应加速器的结构如图所示n n组成：组成：组成：组成：#两轭两轭两轭两轭“山山

13、山山”形磁极形磁极形磁极形磁极#励磁线圈励磁线圈励磁线圈励磁线圈#励磁电源（交变）励磁电源（交变）励磁电源（交变）励磁电源（交变）#真空盒真空盒真空盒真空盒#电子枪电子枪电子枪电子枪 第9页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理5 5、电子感应加速器的结构及工作、电子感应加速器的结构及工作、电子感应加速器的结构及工作、电子感应加速器的结构及工作状态状态状态状态2 2）磁场分布及）磁场分布及）磁场分布及）磁场分布及2 2：1 1关系关系关系关系n n中平面上的磁场沿中平面上的磁场沿中平面上的磁场沿中平面上的磁场沿r r r r方向的分布如方向的分布如方向的

14、分布如方向的分布如图所示；图所示；图所示；图所示；n n磁场分布必须满足磁场分布必须满足磁场分布必须满足磁场分布必须满足2:12:12:12:1关系，即：关系，即：关系，即：关系，即：才能保证能量不断增长的电子才能保证能量不断增长的电子在不断增长的磁场中沿一半径不变在不断增长的磁场中沿一半径不变的圆形轨道上加速运动运动。的圆形轨道上加速运动运动。n n加速磁通量：加速磁通量：第10页，共34页，编辑于2022年，星期三6.1、电子感应加速原理、电子感应加速原理5 5、电子感应加速器的结、电子感应加速器的结、电子感应加速器的结、电子感应加速器的结构及工作状态构及工作状态构及工作状态构及工作状态3

15、 3）励磁电流及加速模）励磁电流及加速模）励磁电流及加速模）励磁电流及加速模式式式式n n 励磁线圈上加交变电流，励磁线圈上加交变电流，产生随时间变化的磁场。如产生随时间变化的磁场。如图所示。图所示。n n一般只利用一般只利用1/41/4周期来加速周期来加速电子。电子。在磁场上升的在磁场上升的14周期里，周期里，电子可以完成在轨道上几电子可以完成在轨道上几十万次的旋转运动十万次的旋转运动。n n只能获得脉冲式电子束。只能获得脉冲式电子束。第11页，共34页，编辑于2022年，星期三6.2、电子束的聚焦、电子束的聚焦概述：概述：由于各种原因，被加速的电子会偏离平衡轨道，这种偏离由于各种原因，被加

16、速的电子会偏离平衡轨道，这种偏离可分为可分为轴向（轴向（轴向（轴向（z z方向）偏离和径向（方向）偏离和径向（方向）偏离和径向（方向）偏离和径向（r r方向）偏离方向）偏离方向）偏离方向）偏离，即散焦即散焦即散焦即散焦。必须在轴向和径向加聚焦力，以减小电子束的由于发散所必须在轴向和径向加聚焦力，以减小电子束的由于发散所带来的损失。带来的损失。聚焦力由磁场产生。聚焦力由磁场产生。第12页，共34页，编辑于2022年，星期三6.2、电子束的聚焦、电子束的聚焦1 1、轴向、轴向、轴向、轴向(Z)(Z)和径向和径向和径向和径向(r)(r)聚焦条件聚焦条件聚焦条件聚焦条件 在经典回旋加速器，保证轴向和径

17、在经典回旋加速器，保证轴向和径向同时聚的条件向同时聚的条件 ：其中，磁场降落指数：其中，磁场降落指数：在感应加速器中横向稳定性也采用在感应加速器中横向稳定性也采用 下列条件来保证电子束的轴向和径向下列条件来保证电子束的轴向和径向聚焦。聚焦。要求在电子回旋轨道附近：要求在电子回旋轨道附近：用如图所示鼓形磁极来产生满足用如图所示鼓形磁极来产生满足聚焦条件的磁场分布聚焦条件的磁场分布第13页，共34页，编辑于2022年，星期三6.2、电子束的聚焦、电子束的聚焦2 2、聚焦特性、聚焦特性、聚焦特性、聚焦特性 经典回旋加速器章节中，已得到带经典回旋加速器章节中，已得到带电粒子在桶形磁场中的动力学方程。电

18、粒子在桶形磁场中的动力学方程。其中，其中，是相对平衡轨道的径向是相对平衡轨道的径向偏移，偏移，z z 为轴向偏移。为轴向偏移。偏离平衡轨道的电子所受到的聚偏离平衡轨道的电子所受到的聚焦作用力：焦作用力：可写为下列形式：可写为下列形式：第14页，共34页，编辑于2022年，星期三6.2、电子束的聚焦、电子束的聚焦讨论：讨论：讨论：讨论：由：由：1 1）聚焦力与）聚焦力与 呈正比，在加速过程中，当呈正比，在加速过程中，当 随时间增强随时间增强时，聚焦力也越来越强，电子束将被聚得越来越细时，聚焦力也越来越强，电子束将被聚得越来越细2 2）当电子轨道附近磁场满足的）当电子轨道附近磁场满足的 条件时，轴

19、向和径向都将条件时，轴向和径向都将受到聚焦力的作用受到聚焦力的作用第15页，共34页，编辑于2022年，星期三6.3、电子能量和辐射损失、电子能量和辐射损失1 1、电子能量的辐射损失、电子能量的辐射损失、电子能量的辐射损失、电子能量的辐射损失 根据电动力学理论，带电粒子在加根据电动力学理论，带电粒子在加速运动状态下，会向外辐射电磁波，速运动状态下，会向外辐射电磁波，从而损失能量。从而损失能量。在电子感应加速其中，在电子感应加速其中，即作，即作圆周运动，电子每回旋一周的辐射能圆周运动，电子每回旋一周的辐射能损为：损为：可见，可见，当电子能量增大，当电子能量增大到一定值时，辐射能损会变得越来越到一

20、定值时，辐射能损会变得越来越明显。明显。下表列出了一组计算所得的辐射能下表列出了一组计算所得的辐射能损数据损数据 第16页，共34页，编辑于2022年，星期三6.3、电子能量和辐射损失、电子能量和辐射损失2 2、电子能量限制、电子能量限制、电子能量限制、电子能量限制 当电子能量逐渐增加时，电子能量增长率因辐射而逐渐当电子能量逐渐增加时，电子能量增长率因辐射而逐渐减慢，导引磁场仍按减慢，导引磁场仍按2 2：1 1上升，这就使电子能量的增长率与上升，这就使电子能量的增长率与导引磁场的增长率失去平衡，从而导致平衡轨道半径的收导引磁场的增长率失去平衡，从而导致平衡轨道半径的收缩，电子就碰到真空壁上损失

21、。缩，电子就碰到真空壁上损失。感应加速器所能达到的最高电子能量也是有限的，到了感应加速器所能达到的最高电子能量也是有限的，到了最高能量，就要及时引出电子束并利用。最高能量，就要及时引出电子束并利用。已建成的电子感应加速器最高能量已建成的电子感应加速器最高能量320MeV320MeV，第17页，共34页，编辑于2022年，星期三6.3、电子能量和辐射损失、电子能量和辐射损失3 3、电子束引出方法、电子束引出方法、电子束引出方法、电子束引出方法1)1)引出线圈法引出线圈法引出线圈法引出线圈法 引出线圈法的基本原引出线圈法的基本原理理破坏关系破坏关系2 2：1 1关系。关系。如图所示，磁轭上一如图所

22、示，磁轭上一般加一个引出线圈，般加一个引出线圈，t t时时刻给引出线圈上加一脉冲刻给引出线圈上加一脉冲电流，产生一个附加蜗旋电流，产生一个附加蜗旋电场，使电子加速或减电场，使电子加速或减速。速。*减速，减速，R R0 0 ，打内靶。打内靶。*加速，加速，R R0 0 ，打外靶。打外靶。减速，打内靶减速，打内靶 ；加速，打外靶。加速，打外靶。第18页，共34页，编辑于2022年，星期三6.4、电子的入射俘获及电子流强度、电子的入射俘获及电子流强度1 1、定性讨论、定性讨论、定性讨论、定性讨论 以电子枪处于轨道外侧为例。以电子枪处于轨道外侧为例。（1 1）平衡轨道）平衡轨道）平衡轨道）平衡轨道 （

23、2 2）瞬时轨道）瞬时轨道）瞬时轨道）瞬时轨道 （3 3）俘获时间）俘获时间）俘获时间）俘获时间 从电子枪发射的电子，要按照如图从电子枪发射的电子，要按照如图所示的方式，沿着瞬时轨道，过渡到所示的方式，沿着瞬时轨道，过渡到平衡轨道。即电子被俘获到平衡轨平衡轨道。即电子被俘获到平衡轨道。道。存在一个俘获时间问题。存在一个俘获时间问题。第19页，共34页，编辑于2022年，星期三6.4、电子的入射俘获及电子流强度、电子的入射俘获及电子流强度1 1、定性讨论、定性讨论、定性讨论、定性讨论（3 3）俘获时间）俘获时间）俘获时间）俘获时间n n假定电子枪发射的电子动量为假定电子枪发射的电子动量为P P，

24、动量分散为，动量分散为 。n n在电子感应加速器中存在一个有效入射俘获在电子感应加速器中存在一个有效入射俘获时间段时间段 。#入射过早，不能被俘获入射过早，不能被俘获入射过早，不能被俘获入射过早，不能被俘获 当入射时间当入射时间 时，由于此时时，由于此时 太太小，小，太大，电子将碰到外侧器壁上损失。太大，电子将碰到外侧器壁上损失。#入射过晚，不能被俘获入射过晚，不能被俘获入射过晚，不能被俘获入射过晚，不能被俘获 当入射时间当入射时间 时，由于此时时，由于此时 太太大，大，太小，电子将碰到内侧器壁上损失。太小，电子将碰到内侧器壁上损失。#只有在只有在只有在只有在 内入射的电子才能被俘获，慢慢过内

25、入射的电子才能被俘获，慢慢过内入射的电子才能被俘获，慢慢过内入射的电子才能被俘获，慢慢过渡到平轨道，被加速。渡到平轨道，被加速。渡到平轨道，被加速。渡到平轨道，被加速。称为俘获时间，约为磁场周期的千分称为俘获时间，约为磁场周期的千分之一左右。之一左右。第20页，共34页，编辑于2022年，星期三6.46.4、电子的入射俘获及电子、电子的入射俘获及电子、电子的入射俘获及电子、电子的入射俘获及电子流强度流强度流强度流强度2 2、电子的入射俘获原理、电子的入射俘获原理、电子的入射俘获原理、电子的入射俘获原理1 1）瞬时轨道与平衡轨道的差值）瞬时轨道与平衡轨道的差值）瞬时轨道与平衡轨道的差值）瞬时轨道

26、与平衡轨道的差值 某一入射时刻：某一入射时刻：2 2）与与与与 之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系n n对平衡轨道上的电子：对平衡轨道上的电子：n n对瞬时轨道上的电子：对瞬时轨道上的电子：n n瞬时轨道的磁场：（在瞬时轨道的磁场：（在R R0 0附近展开）附近展开）n n瞬时轨道上电子的动量：瞬时轨道上电子的动量：两边同除以：两边同除以：第21页，共34页，编辑于2022年，星期三6.4、电子的入射俘获及电子流强度、电子的入射俘获及电子流强度2 2、电子的入射俘获原理、电子的入射俘获原理、电子的入射俘获原理、电子的入射俘获原理讨论：讨论：讨论：讨论：3 3、电子流强度、电子流强度、电子

27、流强度、电子流强度 I I#I I 与俘获时间有关；与俘获时间有关；#I I 与电子束的聚焦、传输及空间电荷效应有与电子束的聚焦、传输及空间电荷效应有关。关。#几个微安量级几个微安量级 第22页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、感应加速器电子束性能、感应加速器电子束性能1 1、能量范围、能量范围、能量范围、能量范围 一般：一般：1535MeV 1535MeV （50MeV 50MeV 以下合理）；以下合理）；最高能量最高能量 ：320MeV 320MeV 2 2、能量可调、能量可调、能量可调、能量可调 调节引出时间。调节引出时间。3 3、电子束是脉冲式的、电子束是脉冲式的、电子束是脉

28、冲式的、电子束是脉冲式的一般脉冲频率：一般脉冲频率：5050200200个个/秒秒4 4、电子束强度、电子束强度、电子束强度、电子束强度5 5、上世纪七十年代后，由于电子、上世纪七十年代后，由于电子、上世纪七十年代后，由于电子、上世纪七十年代后，由于电子直线加速器的发展，感应加速直线加速器的发展，感应加速直线加速器的发展，感应加速直线加速器的发展，感应加速器日益减少。器日益减少。器日益减少。器日益减少。第23页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线型电子感应加速器、直线型电子感应加速器1、引、引 言言n直直线线感感应应加加速速器器也也是是利利用用经经典典的的电电磁磁感感应应原原理理，

29、即即利利用用磁磁通通量量的变化产生感生电动势来加速带电粒子。的变化产生感生电动势来加速带电粒子。n直直线线感感应应加加速速器器与与电电子子感感应应加加速速器器不不同同之之处处是是，带带电电粒粒子子沿沿直直线被加速。线被加速。n n参考文献参考文献参考文献参考文献:1 1邓建军邓建军邓建军邓建军,直线感应电子加速器直线感应电子加速器直线感应电子加速器直线感应电子加速器,国防出版社国防出版社国防出版社国防出版社,2006,2006年年年年1010月月月月,第一版第一版第一版第一版.第24页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器2 2、结构和基本原理、结构

30、和基本原理、结构和基本原理、结构和基本原理直线感应加速器采直线感应加速器采用如图所示的感应组用如图所示的感应组元（加速组元）结构。元（加速组元）结构。感应组元可以简单感应组元可以简单地看成为一个地看成为一个1:11:1的脉的脉冲变压器。冲变压器。第25页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器2、结构和基本原理、结构和基本原理环绕圆环状磁芯有环绕圆环状磁芯有 两个回路。两个回路。与脉冲发生器相连与脉冲发生器相连 的回路是初级，的回路是初级，而包含粒子束流和而包含粒子束流和 加速间隙的回路是加速间隙的回路是 次级。次级。加速电压加速电压 当脉冲发生器产生

31、的脉冲电压输入初级回路时，使磁芯产生当脉冲发生器产生的脉冲电压输入初级回路时，使磁芯产生磁通磁通 量的变化，因而在次级回路的加速间隙上产生感应电压，量的变化，因而在次级回路的加速间隙上产生感应电压，加速间隙区域形成轴向感应电场加速间隙区域形成轴向感应电场.第26页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器2 2、结构和基本原理、结构和基本原理、结构和基本原理、结构和基本原理直线感应加速器组成：直线感应加速器组成：n注入器、注入器、n加速组元系统、加速组元系统、n脉冲功率系统、脉冲功率系统、n束流输运系统、束流输运系统、n测控系统及辅助系统测控系统及辅助系

32、统 （包括真空、包括真空、绝缘油、绝缘油、绝缘气体绝缘气体 及去离子水等及去离子水等）。）。电子能量电子能量 Ee=N.q.Uc第27页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器3、性能特点、性能特点 可产生非常强的束流、非常高峰功率及高品质的脉冲粒子束 （电子束或离子束）。直线感应加速器产生的束脉冲重复频率低得多，但束流强度却 高得多（例如可大于10kA）。直线感应加速器是世界上现有功率最强大的加速器之一。由于具备这些独特的优越性能，直线感应加速器在科学研究、国防及国民经济领域有广泛而重要的应用，它的发展受到许多国家的重视。至今，全世界共建成各类直线感

33、应加速器100多台第28页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状1）美国）美国 世世界界上上第第一一台台直直线线感感应应加加速速器器ASTRON-I,由由N.Christofilos发明，并于发明，并于1963年在美国劳伦斯利弗莫尔实验室（年在美国劳伦斯利弗莫尔实验室（LLNL）建成。）建成。该该加加速速器器可可提提供供束束流流350A、能能量量4MeV、脉脉宽宽300ns及及重重复复率率100Hz的的脉脉冲冲电电子子束束，用用于于约约束束等等离离子子体体，并并在在实实验验中中用用于于研研究究电电子子束通过大

34、气传输的可行性，远期目标是创造粒子束武器。束通过大气传输的可行性，远期目标是创造粒子束武器。第29页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状 1）美国）美国 陆续研制了不同的感应直线加速器：加速质子的ERA加速器（4MeV、1kA、45ns）；用于自由电子激光（FEL）研究的ETA加速器（5MeV、10kA、60ns、1kHz）；ATA加速器（50MeV、10kA、70ns、1kHz）；高平均功率的ETA-II加速器（6MeV、2kA、70ns、5kHz）。1982年，劳伦斯利弗莫尔实验室研制了用于核武器流体动

35、力学试验闪光X光照相的FXR加速器（20MeV、24kA、60ns），这是直线感应加速器首次用于闪光X光照相。1990年代，随着全面禁核试时代的到来，为了在全面禁核试后继续保持核武器研究和发展能力，各核国家纷纷花大力气提高自已的闪光X光照相能力第30页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状2）前苏联）前苏联 发展直线感应加速器起步比美国稍晚。1967年在实验物理研究院（VNIIEF）建成第一台无铁芯的直线感应加速器（2MeV、2kA、40ns）；1977年建造了LIU-10加速器（14MeV、50kA、20n

36、s）1989年建造了和LIU-30加速器（40MeV、100kA、20ns），第31页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状3）日本）日本1990年代，日本原子能研究所（JAERI）、高能物理所（KEK）及大坂大学激光工程研究所先后建成用于自由电子激光研究的直线感应加速器。1996年，日本长岗技术大学建造了直线感应加速器ETIGO-III（8MeV、5kA、30ns），用于X光、高功率微波和烟气脱硫等研究。第32页，共34页，编辑于2022年，星期三6.5、直线电子感应加速器、直线电子感应加速器4、发展历史与

37、研究现状、发展历史与研究现状3）中国）中国 中国直线感应加速器研究始于1982年，1989年研制成功我国首台1.5MeV直线感应加速器；1991年建成3.3MeV加速器（3.3MeV、2kA、60ns），用 于曙光一号自由电子激光研究，最大输出功率达140MW，1993年建成我国首台用于闪光X光照相的10MeV直线感应加 速器（10MeV、2.3kA、60ns），1995年该机升级为12MeV；本世纪初，自主研制成功“神龙一号”直线感应加速器（1820MeV、2.5kA、60ns）。“神龙一号”加速器总体性能 跻身国际先进行列。第33页，共34页，编辑于2022年，星期三作业1 1、试由感应加

38、速原理推导给出电子感应加速器平均加速、试由感应加速原理推导给出电子感应加速器平均加速磁场和轨道磁场之间的磁场和轨道磁场之间的2 2：1 1关系关系2 2、试简述电子感应加速器的结构、组成和加速原理。、试简述电子感应加速器的结构、组成和加速原理。3 3、试由电子感应加速器的磁场分布分析其聚焦原理。、试由电子感应加速器的磁场分布分析其聚焦原理。4 4、试推导电子感应加速器中电子能量的辐射损失方程，并、试推导电子感应加速器中电子能量的辐射损失方程，并分析限制电子能量进一步提高的原因。分析限制电子能量进一步提高的原因。5 5、试简述直线感应加速器的基本结果、组成及原理。、试简述直线感应加速器的基本结果、组成及原理。第34页，共34页，编辑于2022年，星期三