加速器原理及应用课件.ppt

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1、指导教师：杨晓梅 制 作 者：张怀德 买芳 苏金龙班 级：07级物教（1）班日 期：2008年11月29日 1/17/20231 选择主题的理由：1、由于我们团队对本题目感兴趣；2、加速器与我们所学专业知识密切相关；3、加速器在现实生活及高科技领域应用十分广泛；1/17/20231/17/20232 2 加速器的原理及应用加速器的原理及应用n n1、加速器的分类n n2、加速器的工作原理n n3、加速器的应用n n4、加速器发展1/17/20231/17/20233 31/17/20231/17/20234 4 1、静电加速器、静电加速器 2、直线加速器、直线加速器 3、回旋加速器、回旋加速器

2、 4、质子加速器、质子加速器 5、电子感应加速、电子感应加速 6、同步回旋加速器、同步回旋加速器 7、对撞机、对撞机 8、环形加速器、环形加速器 1/17/20231/17/20235 5静电加速器原理n n利利用用静静电电高高压压加加速速带带电电粒粒子子的的装装置置。可可用用以以加加速速电电子子或或质质子子。它它是是通通过过输输电电带带将将喷喷电电针针电电晕晕放放电电的的电电荷荷输输送送到到一一个个绝绝缘缘的的空空心心金金属属电电极极内内，使使之之充充电电至至高高电电压压用用以以加加速速带带电电粒粒子子。加加速速器器加加速速粒粒子子的的能能量量受受到到所所使使用用绝绝缘缘材材料料击击穿穿电电

3、压压的的限限制制。为为了了提提高高静静电电加加速速器器的的工工作作电电压压和和束束流流强强度度，近近代代静静电电加加速速器器安安置置在在钢钢筒筒内内，钢钢筒筒内内充充有有绝绝缘缘性性能能良良好好的的高高压压气气体体，加加速速粒粒子子能能量量可可达达1 14 4兆兆电电子子伏伏特特（MMe eV V）。1/17/20231/17/20236 6 带电粒子在直线中加速，运行到带电粒子在直线中加速，运行到 加速器的末端。较低能的加速器如：加速器的末端。较低能的加速器如：阴极射线管及阴极射线管及X光产生其，使用约数光产生其，使用约数 千伏特的直流电压差的一对电极板。千伏特的直流电压差的一对电极板。1/

4、17/20231/17/20237 7 较高能的加速较高能的加速器使用在直在线排器使用在直在线排列的电极板组合来列的电极板组合来提供加速电场。提供加速电场。当带点粒子接近当带点粒子接近其中一个电极时，其中一个电极时，电极板上带有相反电极板上带有相反电性的电荷吸引带电性的电荷吸引带电粒子。电粒子。1/17/20231/17/20238 8 回旋加速器是利用磁场使带电回旋加速器是利用磁场使带电 粒子作回旋运动，在运动中经高频电场粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。反复加速的装置。它主要的结构是在磁场间的真空室它主要的结构是在磁场间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒隔开相对放内有两个半圆

5、形的金属扁盒隔开相对放置，置，D形盒上加交变电压，其间隙处产形盒上加交变电压，其间隙处产生交变电场。生交变电场。1/17/20231/17/20239 9回旋加速器原理图 1/17/20231/17/20231010 置于中心的粒子源产生带电置于中心的粒子源产生带电粒子射出来，受到电场速，在粒子射出来，受到电场速，在D形盒内不受电场，仅受磁极间形盒内不受电场，仅受磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁场磁场的洛伦兹力，在垂直磁场平面内作圆周运动。平面内作圆周运动。1/17/20231/17/20231111 等等时时可可变变性性回回旋旋加加速速器器图图（正正面面）1/17/20231/17/20231

6、212 等等时时可可变变性性回回旋旋加加速速器器图图（侧侧面面）1/17/202313 质子加速器原理一种加速器，包括多个加速单元，被设置来输送放射束，并且相邻的加速单元由耦合单元链接，该耦合单元被设置来决定在各个相邻的加速单元中的电场之比，至少一个耦合单元在正比和负比之间切换。这种加速器通过加入一个负比在E电场中有效地插入一相位变化，这意味着放射束在随后的单元中将遇到一个反向电场，因而实际上被减速。结果，在早期的单元中可以产生放射束并对放射束聚束，同时以相对论性的能量加速，然后在后面的单元中放出能量，从而使放射束能量下降到例如100和300KeV之间。这样大小的能量可以和诊断X射线相比，其中

7、具有骨结构的高得多的对比度。1/17/202314日本建设世界最打强度质子加速器日本建设世界最打强度质子加速器1/17/20231/17/20231515 电子感应加速器原理在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室，当用交变电流励磁电磁铁时，在环形室内就会感生出很强的、同心环状的有旋电场。用电子枪将电子注入环形室，电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛仑兹力的作用下，沿圆形轨道运动。1/17/20231/17/20231616 同步回旋加速器原理同步回旋加速器原理l克服回旋加速器极限能量的限制而发展起来的加速器。由于相对论效应，随着速度增大，粒子的质量增大，使绕行半圈的时间变长，以致逐渐偏离了交变电

8、场的加速状态，因而粒子的能量达到一定的限度，不能够再增大。1/17/202317o技术上曾想过两种办法来解决。一种是使磁极外圈的磁场逐渐增强，抵消相对论效应的影响，另一种是调节加速电场的变化频率，使之适应相对论效应的影响。这两种方法都是为了使粒子在磁场中作圆周运动的频率与加速电场的变化频率维持同步。1/17/202318 对撞机对撞的原理是将强子加速到可以与光速一样的速度，然后引导它们撞到一起。因为人类想知道在那么快的速度撞击下会发生什么奇异的现象。1/17/20231/17/20231919环形加速器原理n n被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，粒子运被加速的粒子以一定的能量在一圆形

9、结构里运动，粒子运行的圆形轨道是由磁偶极所控制。和直线加速器不一样，行的圆形轨道是由磁偶极所控制。和直线加速器不一样，环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，粒子会重复经环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，粒子会重复经过圆形轨道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方过圆形轨道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方式发散出去。式发散出去。1/17/20231/17/202320201/17/20231/17/20232121静电加速器的应用静电加速器的应用已先后应用过三聚甲醛辐射诱导、硅橡胶辐射交联、隐形眼镜的辐射聚合、PVC辐射交联、磁带的改性、线性聚乙烯的辐射交联、含药物硅橡胶的辐照交联

10、，其中硅橡胶、隐形眼镜已批量生产，晶闸管电子辐照射技术已用于工业生产。1/17/20231/17/20232222国国内内首首台台先先进进直直线线加加 速速器器精精确确治治疗疗肿肿瘤瘤1/17/20231/17/20232323 质子加速器的应用高能质子加速器治疗系统应用中的环境安全问题。用分流-集流阀实现质子加速器上轭液压举升的同步传动。洁净核能的开发、大型科学工程“中国散裂中子源”的建设、质子治癌技术等诸多方面有重要的应用。1/17/20231/17/20232424 电子感应加速器的应用n电子感应加速器属于低能加速器，它主要的应用是使高能电子轰击金属靶上，通过轫致辐射产生射线，用于工业射

11、线探伤和射线治疗癌症 1/17/202325 对撞机的应用高能加速器和高能粒子对撞机在对物质微观结构研究中有重要的应用，研究的物质结构越深入，所需要的能量也越高。它可以把微观物质如氢原子核(质子)和带电的基本粒子如电子等加速到很高的速度，使它们得到很高的能量，像炝弹一样进入所要研究的微观物质或粒子内部，或将这些微观物质轰击成碎片，以便研究其内部构造。1/17/202326同步回旋加速器的应用同步回旋加速器的应用n n分析原子核的构分析原子核的构造，探索元素的造，探索元素的起源。该计划取起源。该计划取得的成果还可用得的成果还可用于医疗、环境、于医疗、环境、农业、工业和考农业、工业和考古等诸多领域

12、。古等诸多领域。1/17/20231/17/202327271/17/20231/17/20232828加速器的发展历史加速器的发展历史n n1、英国科学家卢瑟福用天然放射源实现了人类科学史上第一次人工核反应（加速器产生的理论依据）。n n2、1932年美国科学家柯克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿建造成世界上第一台直流加速器。n n3、1933年美国科学家凡德格拉夫发明了静电加速器。1/17/202329 加速器的发展历史l l4 4美国实验物理学家劳伦斯美国实验物理学家劳伦斯19321932年建成了回旋加年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获速器，并用它产生了人工放射性同位素，

13、为此获得了得了19391939年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。l l5 5、19451945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理，英学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加速器速器稳相加速器。稳相加速器。l l6 6、19401940年美国科学家科斯特研制出世界上第一年美国科学家科斯特研制出世界上第一个电子感应加速器、个电子感应加速器、1/17/20231/17/20233030 加速器的发展历史7、美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6.2GeV能量的弱聚焦质子同步加速器。8、1960年意大利科学家陶歇克首次提出了这项原理，并在意大利国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机，验证了原理，从此开辟了加速器发展的新纪元。1/17/202331制作体会制作体会1、在小组协作学习中团队协作精神至关重要；2、通过这次主题作业使我们达到了相互学习共同进步的目的；3、通过查阅资料我们了解到与主题相关的知识；4、通过主题作业了解到加速器在高科技领域有着广泛的应用；5、通过这次主题作业使我们对所学知识了解更加系统化。1/17/20231/17/202332321/17/20231/17/20233333