中子加速器是怎么加速中子的?中子加速器与质子和电子加速器相比有什么优点?有中子加速器是肯定有的,上个星期在新闻联播中还说,我国正在研究.中子不带电,不能靠电场,磁场加速,那还能

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中子加速器是怎么加速中子的?中子加速器与质子和电子加速器相比有什么优点?
有中子加速器是肯定有的,上个星期在新闻联播中还说,我国正在研究.中子不带电,不能靠电场,磁场加速,那还能怎么加速?

中子加速器是怎么加速中子的?中子加速器与质子和电子加速器相比有什么优点?有中子加速器是肯定有的,上个星期在新闻联播中还说,我国正在研究.中子不带电,不能靠电场,磁场加速,那还能
利用直线加速器加速带电粒子时,粒子是沿着一条近于直线的轨道运动和被逐级加速的,因此当需要很高的能量时,加速器的直线距离会很长.有什么办法来大幅度地减小加速器的尺寸吗?办法说起来也很简单,如果把直线轨道改成圆形轨道或者螺旋形轨道,一圈一圈地反复加速,这样也可以逐级谐振加速到很高的能量,而加速器的尺寸也可以大大地缩减.
图3.4是回旋加速器的工作原理简图.1930年E.O.劳伦斯在直线加速器谐振加速工作原理的启发下,提出了研制回旋加速器的建议.劳伦斯建议在回旋加速器里采用一个轴向磁场,使带电粒子不再沿着直线运动,而沿着近似于平面螺旋线的轨道运动.1931年建成了第一台回旋加速器,磁极直径约10厘米,用2千伏的加速电压工作,把氘核加速到80keV,证实了回旋加速器的工作原理是可行的.在1932年又建成了磁极直径为27厘米的回旋加速器,可以把质子加速到1MeV.
回旋加速器的电磁铁的磁极是圆柱形的,两个磁极之间形成接近均匀分布的主导磁场.磁场是恒定的,不随时间而变化.在磁场作用下,带电粒子沿着圆弧轨道运动,粒子能量不断地提高,轨道的曲率半径也不断地提高,运动轨道近似于一条平面螺旋线.
两个磁极之间是真空室.里面装有两个半圆形空盒状的金属电极,通称为“D形电极”.D形电极接在高频电源的输出端上,2个D形电极之间的空隙（加速间隙）有高频电场产生.粒子源安装在真空室中心的加速间隙中.D形电极内部没有高频电场,粒子进入D形电极之内就不再被加速,在恒定的主导磁场作用下做圆周运动.只要粒子回旋半圆的时间等于加速电压半周期的奇整数倍,就能够得到谐振加速.用一个表达式可以表示成：
Tc=KTrt
式中Tc是粒子的回旋周期,Trt是加速电压的周期,K应该是奇整数.
这类利用轴向磁场使带电粒子做回旋运动,周期性地通过高频电场加速粒子的回旋加速器又可以分为两类：
第一类是没有自动稳相机制的.等时性回旋加速器就是属于这一类.D形电极间加有频率固定的高频加速电场,粒子能量低时,回旋频率能保持与高频电场谐振,而当能量高时,粒子的回旋频率会随着能量的提高而越来越低于高频电场频率,最终不能再被谐振加速.为了克服这个困难,可以使磁场沿半径方向逐步增加,以保持粒子的回旋频率恒定.然而磁场沿半径方向递增却又导致粒子束流轴向散开.为解决这一矛盾,60年代初研制成功了扇形聚焦回旋加速器,在磁极上巧妙地装上边界弯曲成螺旋状的扇形铁板,它可以产生沿方位角变化的磁场,即使加速粒子轴向聚焦,又使磁场随半径增大而提高,保证粒子的旋转频率不变,即旋转一周的时间不变,因此被称为等时性回旋加速器.
第二类是有自动稳相机制的.属于这一类型的加速器有：（1）稳相加速器.轴向磁场保持恒定,而使高频加速电场的频率随着粒子回旋频率的降低而同步降低,从而使带电粒子仍能继续被谐振加速.这类加速器又名调频回旋加速器或稳相加速器.采用自动稳相机制以后,在理论上可以将质子加速到无限高的能量,然而由于技术上和经济上的原因,历史上最大的稳相加速器的能量只达到700MeV.这一类型的加速器用来加速质子,有的用于加速掺氘核、α粒子甚至氮离子.
（2）电子回旋加速器.又称为微波回旋加速器,专门用于加速电子.这一类型的加速器中,轴向磁场是均匀的,加速电场的频率也是恒定的,而所不同的是让加速间隙位于磁极的一端,电子的轨道为一系列与加速间隙中心线相切的圆.图2.5是电子回旋加速器中电子轨道的示意图.电子每回旋一圈,就被加速一次,只要回旋周期等于加速电压周期的整数倍,就有可能进行谐振加速.电子回旋加速器的能量都不是很高,最大的也不过几十MeV,束流强度为30～120微安,大多数用于医疗和射线剂量学等方面.
（3）同步加速器.它的主导磁场是随时间改变的以保证带电粒子在恒定轨道上回旋.为此,磁铁做成环形的,可使磁铁重量减轻.加速电场是交变的,其频率随着带电粒子回旋频率的改变而改变,以保证谐振加速.同步加速器既能加速电子,称为电子同步加速器；又能用于加速质子,称为质子同步加速器或同步稳相加速器.用于加速重离子的同步加速器,顾名思义应称为重离子同步加速器.
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