加速带电粒子的方法

出处：按学科分类—自然科学总论 山东人民出版社《方法大辞典》第174页（1093字）

高速带电粒子束在研究物质基本结构，工业及医疗上都有重要应用。

带电粒子原则上可用电场来加速，为了获得高能量，一是需要强电场，二是需要足够长的加速通道，现代物理学有若干种把粒子加速到很大能量的方法，其中最简单的方法是利用变压器等装置以得到高压的直线加速器，此外还有回旋加速器及电子感应加速器，后二者的加速原理及其优点分别介绍如下：

(1)回旋加速器 图1(b)是回族加速器的平面图，图中安放在真空室C中的A与B是如图1(a)所示的两个偏平金属园筒，A与B之间被加以适当频率的交变电压，整个装置又处在与底面垂直的均匀恒定磁场中，带电粒子源(离子源)处在回旋加速器中心附近，从离子源射出的带电粒子在的作用下，在A或B匣内沿园弧运动，通过间隙时被加速或减速，利用适当的电子学技术可以使粒子通过间隙时始终是加速的，设A与B之间的电位差为V₀，则带电粒子回转n次后，其动能增加q·2nV₀，可见即使对于不很大的V₀，只要n足够大，带电粒子可达很大的动能。实现回旋加速器的可能性的根据是，可以证明带电粒子在盒A或B内运动的时间是决定于B及带电粒子的荷质比q／m，与粒子的速度无关。

用回旋加速器加速粒子是有限度的，因为当粒子已达相当的速度时，相对论效应不能忽略，质量与速度的关系变得显着，此时，回旋加速器的上述根据将失效。电子与其它带电粒子(如质子及离子等)相比，得到同样能量时，因其质量小而速度大得多，因此电子不能在回旋加速器内加速到高的能量。

(a)

(b)

图1

(2)电子感应加速器。图2是电子感应加速器的主要部分示意图。

在电磁铁的两磁极之间安放一个环形真空室，在电磁场中通以强大的交变电流(频率约数十至数百周)，使两极间产生交变的磁场，从而在环形室内感应出很强的涡旋电场。用电子枪将电子注入环形室内，则电子一方面在涡旋电场作用下被加速，同时在磁场的磁力作用下沿环形室旋转，使磁场按一定规律增强，就能使电子在速度不断增长的过程中，仍能统一稳定的园形轨道运动。

值得注意的是，电子质量很小，其速度可很快变大，所以在极短时间内(例如10－4秒内)，被加速电子可以在环形室内回旋数十万乃至数百万次，走过几百至几千米的路程，所以尽管绕行一周所获得的能量并不大，但经历这么多次回旋后，电子的能量将变得很大。

图2