回旋加速器的简单制作方法

回旋加速器的简单制作方法

回旋加速器 英文：Cyclotron 它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。是高能物理中的重要仪器。　60年代后，在世界范围掀起了研发等时性回旋加速器的高潮。等时性回旋加速器（Iso    回旋加速器chronous cyclotron）是由3个扇极组合（compact-pole 3 sector）的回旋加速器，能量可变，以第一和第三偕波模式对正离子进行加速。在第一偕波中，质子被加速到6 MeV~ 30 MeV, 氘核在12,5 MeV~25 MeV, α粒子在25 MeV~50 MeV, He3 +2离子在18 MeV ~62 MeV 。磁场的变化通过9对圆形的调节线圈来完成，磁场的梯度与半径的比率为(4,5 - 3,5)×10-3 T/cm。磁场方位角通过六对偕波线圈进行校正。RF系统由180°的两个Dee组成，其操作电压达到80kV，RF振荡器是一种典型的6级振荡器，其频率范围在8,5 - 19 MHz 。通常典型的离子源呈放射状，并且可以通过控制系统进行遥控，在中心区域有一个可以活动的狭缝进行相位调节和中心定位。使用非均匀电场的静电偏转仪（electrostatic deflector）和磁场屏蔽通道进行束流提取，在偏转仪上的最大电势可达到70 kV 。对30 MeV强度为15 mA质子在径向和轴向的发射度（Emittance）为16p mm.mrad 。能量扩散为0.6%，亮度高，在靶内的束流可达到几百mA。用不同的探针进行束流强度的测量，这些探针有普通TV的可视性探针；薄层扫描探针和非截断式（non-interceptive）束流诊断装置。系统对束流的敏感性为1mA ，飞行时间精确到0,2 ns 。束流可以传送到六个靶位，可完成100%的传送。该回旋加速器最早在1972年由INP建造，它可使质子加速达到1 MeV，束流强度为几百mA，主要用于回旋加速器系统（离子源、磁场等）的研究。 　　70年代以来，为了适应重离子物理研究的需要，成功地研制出了能加速周期表上全部元素的全离子、可变能量的等时性回旋加速器，使每台加速器的使用效益大大提高。此外，近年来还发展了超导磁体的等时性回旋加速器。超导技术的应用对减小加速器的尺寸、扩展能量范围和降低运行费用等方面为加速器的发展开辟新的领域。目前的同步加速器可以产生笔尖型（pencil-thin ）的细小束流，其离子的能量可以达到天然辐射能的100，000倍。通过设计边缘磁场来改变每级加速管的离子轨道半径。最大的质子同步加速器是Main Ring（500GeV）和Tevatron（1TeV）在Fermi National Accelerator Laboratory Chicago ；较高级质子同步加速器的是在Geneva的 European Laboratory for Particle Physics (CERN)安装应用的SPS(Super Proton Synchrotron), 450 GeV。 　　劳伦斯(E.O.Lawrence,1901-1958)因此获得1939年诺贝尔物理学奖. 编辑本段有关计算 　　字母介绍:周期T 频率f 电荷量q 磁场强度B 质量m 最大速度Vm 电压U 电场宽度d    回旋加速器T=2Pim/Bq 　　f=1/T 　　最大半径Rm=mVm/Bq 　　最大动能Ek=(1/2)mVm^2=(BqRm)^2/2m 　　离子每旋转一周增加的能量为2qU 提高到Ek时次数为N 　　N=Ek/2qU=q(BRm)^2/4mU 　　在磁场运动时间为 　　T磁=NT=BRm^2Pi/2U 　　在电场中运动可看作Vo=0的匀加速直线运动 　　2Nd=(1/2)(Uq/dm)T电^2 　　T电=dBRm/U 　　T总=T电+T磁=[BRm(d+PiRm)]/2U