线性加速器太长且回旋加速器(组图)

内容

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回旋加速器

回旋加速器是一种加速离子的圆形加速器。由欧内斯特·劳伦斯于 1932 年发明。他于 1934 年获得美国专利 1,948,384。劳伦斯最初受到挪威物理学家 Rolf Widerøe 的一篇论文的启发，与 David H. Sloan 一起建造了直线加速器，但当时可用的高频电源认为直线加速器太长了并且尺寸可能会缩小。劳伦斯发现，无论带电粒子在均匀磁场中的旋转周期如何，粒子的旋转周期（以非相对论方式）的动能都是恒定的，当时是学生 MS Livingns 是一个小自制原理验证机器。直径 4 英寸（10 厘米）的分子氢离子可以加速到 80 keV，然后直径 11 英寸的质子可以加速到 1. 1931 年为 1 MeV，1932 年使用磁场校正可以将焦点加速到 1.22 MeV。是的，利文斯顿和劳伦斯在 1934 年使用 Poulsen 弧形磁铁制造了这 27 英寸的机器作为实际机器。网是世界上第 10 大合成元素，它是通过用回旋加速器加速的氘核束撞击钼而合成的。

另一方面，回旋加速器的建造始于 1936 年在大阪帝国大学。1937年，来到理化所的西科义夫是日本xxx 26英寸小型回旋加速器的负责人。不久之后，大阪帝国大学完成了小型 24 英寸回旋加速器的研制。1944年，RIKEN完成了200吨的大型回旋加速器。二战前粒子回旋加速器，日本在xxx期间安装了两台回旋加速器，一台在RIKEN，一台在大阪大学，一台在京都大学（在建），被GHQ摧毁。其中一台回旋加速器已经安装在大阪大学，但由于对回旋加速器的误解，β射线光谱仪的磁铁损坏了。这种破坏行为受到了美国物理学家的批评。后来，来到日本的劳伦斯在重建这些回旋加速器中发挥了作用。

1939年，约瑟夫·罗特布拉特前往英国，在利物浦大学从事回旋加速器研究。1940年，埃德温·麦克米兰用回旋加速器发现了超铀元素镎。1945 年，麦克米伦受到同步加速器的启发，它可以将离子加速到比回旋加速器更高的能量。

虽然同步加速器具有更高的 xxx 加速能量，但回旋加速器可以连续加速束流并产生高强度（大量粒子）束流，因此放射性同位素生产和核物理常用于上述实验和验证半导体器件中的软误差。特别是，正电子断层扫描 (PET) 中使用的 11C、13N、15O 和 18F 等放射性同位素的寿命短至几分钟到几小时，并且在长距离传输时会衰减。它通常由安装在医疗设施中的小型回旋加速器生产，其中仅日本就有 100 多个。

回旋加速器原理

当离子在电磁铁产生的磁场中移动时，轨迹在洛伦兹力的作用下画一个圆。当电极被交变电场加速时，离子的轨道半径扩大，最终离开回旋加速器磁场。施加用于加速的交变电场的电极具有类似于字母D的形状并且被称为Dee电极。

回旋加速器类型

经典回旋加速器

在回旋加速器中加速离子时，由于排斥，离子束从一开始就沿行进方向传播粒子回旋加速器，带同号电荷，最终与壁相撞而丢失。结果，最终可以提取的离子量变小。因此，离子需要某种聚焦。在传统的回旋加速器中，较弱的会聚是通过削弱外围磁场而不是中心磁场来实现轴向会聚，然而，随着离子的加速，由于相对论效应，离子变得更难弯曲。稍后会解决。由于离子只要进入Dee时的加速电压为正就可以被加速，因此离子可以通过在Dee电压变为xxx之前进入并在之后取出来进行加速。但是，如果离子的动能增加，而提速前的加速电压没有及时到位，那么加速能量就会受到限制，因为它不能再被加速。质子的这个限制约为 20 MeV。

AVF 回旋加速器

AVF是“Azimuth Variation Field”的缩写，通过在方位角方向施加磁场强度，离子通过强会聚原理会聚。在 AVF 回旋加速器中，中心周围的磁场得到加强，因此即使离子的动能高于经典回旋加速器的加速极限，也能保持等时性。这里，在方位方向施加磁场强度时，弱点的轨道半径大，强点的轨道半径小，磁场强度呈对角线交叉。因此，离子可以通过强收敛原理收敛。磁场的强度是通过将称为垫片的铁板粘在磁极上并改变磁极之间的间距来实现的。此外，如果间隔物形成螺旋状，离子相对于强磁场和弱磁场的边界以较大的角度通过，从而可以增加聚焦力。因此，它可以加速到比传统回旋加速器更高的能量，质子达到 90 MeV，4He 达到 140 MeV。它也被称为 SF（扇区聚焦）回旋加速器，因为它通过垫片形成的扇区会聚。

同步回旋加速器

如果使用相同的磁场，随着离子加速，由于相对论效应，循环周期变得更长。因此，当离子加速时，可以通过降低施加在 Dee 上的电场频率来保持等时性。它可以加速到比传统回旋加速器更高的能量，但不能再连续加速离子。同步回旋加速器是麦克米伦发明的。

回旋加速器

在开发 AVF 回旋加速器的想法时，只需将电磁铁只放置在强磁场中，弱磁场作为间隙。在该气隙中，可以放置用于产生强加速电场的加速腔和用于入射发射的装置。回旋加速器是一种能够将离子加速到最高能量的回旋加速器，已安装在日本大阪大学核物理研究中心和 RIKENNishina 加速器研究中心。