加速器原理及应用

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加速器的发展历史
4美国实验物理学家劳伦斯1932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 得了1939年的诺贝尔物理奖。 5、1945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 国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加 速器——稳相加速器。 6、1940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、
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置于中心的粒子源产生带 电粒子射出来，受到电场速， 在D形盒内不受电场，仅受磁极 间磁场的洛伦兹力，在垂直磁 场平面内作圆周运动。
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等 时 可 变 性 回 旋 加 速 器 图 （ 正 面 ）
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等 时 可 变 性 回 旋 加 速 器 图 （ 侧 面 ）
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日本建设世界最打强度质子加速器
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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。
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
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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；
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同步回旋加速器的应用

分析原子核的构 造，探索元素的 起源。该计划取 得的成果还可用 于医疗、环境、 农业、工业和考 古等诸多领域。
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加速器的发展历史



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1、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）。 2、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。 3、1933年美国科学家凡德格拉夫发明了静 电加速器。
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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，其中具有骨结构的高得多的对比度。
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电子感应加速器的应用

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γ射线， 用于工业γ射线探伤和射线治疗癌症
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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。
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同步回旋加速器原理

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。
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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。
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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 场反复加速的装置。 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 放置，D形盒上加交变电压，其间隙处 产生交变电场。
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回旋加速器原理图
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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。
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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。

静 电 加 速 器 原 理
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MeV
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： 阴极射线管及X光产生其，使用约数 千伏特的直流电压差的一对电极板。
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较高能的加速 器使用在直在线排 列的电极板组合来 提供加速电场。 当带点粒子接近 其中一个电极时， 电极板上带有相反 电性的电荷吸引带 电粒子。
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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，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。
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国 速内 器首 精台 确先 治进 疗直 肿线 瘤加
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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。
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加速器的原理及应用


1、加速器的分类 2、加速器的工作原理 3、加速器的应用 4、加速器发展
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1、静电加速器 2、直线加速器 3、回旋加速器 4、质子加速器 5、电子感应加速 6、同步回旋加速器 7、对撞机 8、环形加速器
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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。
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环形加速器原理

被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，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， 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 式发散出去。