回旋加速器






一個60吋的迴旋加速器




迴旋加速器示意图


迴旋加速器是一種粒子加速器。迴旋加速器通過高頻交流電壓來加速帶電粒子。大小從數英吋到數公尺都有。它是由欧内斯特·劳伦斯於1929年在柏克萊加州大學發明[1]。


許多原子核、基本粒子的性質有關的資訊，均是利用高能粒子轟擊原子靶（atomic target）而獲得的。1932年，約翰·柯克勞夫與歐內斯特·沃吞在英國製造了第一台「原子擊破器」（atom smasher）。他們乃是利用700,000V的高電壓對質子加速，然後再拿它們轟擊鋰靶。


他們採用的方法雖然較為野蠻，但確實是建構出了這麼個高電壓。在1929年時，勞倫斯就已經考慮過這種可能性：將粒子重複地經由一「相對小電壓」做加速，而不是一次就用一個巨大電壓去做加速。他於是與李明斯頓（M.S.Livingston）合作，發展出了迴旋加速器（cyclotron）。第一部迴旋加速器建於1930年，稍後的改良則於1934年完成。


回旋加速器的基本构成是两个处于磁场中的半圆D型盒和D型盒之间的交变电场。带电粒子在电场的作用下加速进入磁场，由于受到洛伦兹力F=Bqv{displaystyle F=Bqv}F=Bqv（其中B{displaystyle B}B为磁感应强度，q{displaystyle q}q为带电粒子所带电荷）而进行匀速圆周运动，每运动到两个D型盒之间的电场时在电场力作用下加速，之后再次进入磁场进行匀速圆周运动。在不考虑爱因斯坦的狭义相对论时，由于在磁场中回旋半径R=mv/Bq{displaystyle R=mv/Bq}R=mv/Bq与速度成正比，故当回旋半径大于回旋加速器半径时，带电粒子达到最大速度。[2]实际上，根据狭义相对论，带电粒子的质量随速度的增加而增加，故实际应用中带电粒子的回旋周期并非恒定。





参考文献





  1. ^ Ernest Lawrence. Nobelprize.org. [2009-12-19] （英语）. 


  2. ^ 2.6带电粒子在电磁场中运动. 中山大学物理科学与工程技术学院. [2009-12-19] （中文（中国大陆）‎）. [永久失效連結]




參見


  • 粒子加速器



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