粒子加速器问题的探析

加速器是用来使带电粒子加速的装置,可把带电粒子加速到一定的能量,提供给一定装置或不同的实验使用.随着科学技术的发展,各种粒子加速器不断产生.本文拟对近年高考中的加速器问题进行分析和小结,以对加速原理为背景的问题作一比较.……     

邮票上的物理学史(58)--加速器·物理实验的大型化

加速器是原子核物理学和粒子物理学中的重要仪器.它利用不同形式的电磁场,把各种带电粒子(电子、质子、轻离子、重离子)加速到很高的能量.用加速器加速的高能粒子轰击各种原子核,观察所引起的核反应,就可以深入研究原子核结构及其变化规律.几十年来,人们在加速器上发现了上千种合成的人工放射性核素,发现了绝大部分超核元素,使原子核物理学迅速发展成熟;与此同时,用加速器又发现了上百种新的粒子,包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子,从而建立了粒子物理学.除了用于基础研究之外,大量的小型加速器还广泛应用于同位素生产、肿瘤的诊断和治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、农作物种子辐照等工、农、医各个领域.     

S波段6 MeV边耦合电子直线加速器的设计研究（英文）北大核心CSCD

近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。     

S波段6 MeV边耦合电子直线加速器的设计研究（英文）

近年来,对紧凑、稳定及可靠型电子直线加速器的需求越来越多,其能量主要分布在几百keV到十几个MeV的范围内,其中需求最多的则是能量在MeV量级的微波电子直线加速器。在这种形势下,中国科学院高能物理研究所正在研制一台S波段6 MeV的边耦合电子直线加速器,本文对基于该加速器的模拟计算研究进行了介绍。EGUN和HFSS分别用来设计电子枪和边耦合加速结构。通过将EGUN计算得到的电子束流参数和HFSS计算得到的三维电磁场分布数据引入到PARMELA中,完成了对该加速器的多粒子动力学研究。模拟结果显示,所设计的加速器完全能够满足设计指标的要求。最终,在考虑束流负载效应的因素后,完成了边耦合加速结构的微波结构设计。     

3厘米的10亿电子伏加速器

在过去的一个世纪中，用于核物理与粒子物理研究的加速器所加速的粒子能量从几千电子伏（keV）、几百万电子伏（MeV）直增加到几十亿电子伏（GeV）．让这样高能量的粒子轰击物质可以生成瞬间的小规模的早期宇宙．如今，在短时间内把粒子加速到更高能量的研究工作已经迈出了值得注意的一步．     

感应同步加速器束团粒子纵向运动数值模拟

依据感应同步加速器验证实验中的相关数据,编写程序,实现了对感应同步加速中粒子纵向动力学过程的数值模拟。针对引起加速初期束团粒子大量丢失的多个可能因素进行了计算分析,明确了各因素对粒子丢失的影响方式和程度。以此为基础,提出了通过大幅减小加速腔体积并同时增加加速腔数量的方式来解决感应同步加速电压幅度实时调节困难的可行性建议,为感应同步加速器的性能提升提供了参考。     

粒子加速器DAFNE升级工程

意大利的科学家对粒子加速器DAFNE进行了升级改造，大大提高了所加速的电子与正电子发生对撞的速率．他们的成功为建造能量将提高10倍的新的大加速器积累了经验．几个月前完成的升级工程已使DAFNE电子与正电子对撞的亮度提高了一倍．科学家们相信，几个月后，亮度可比现在还要提高3到6倍．     

多目标粒子群优化算法在交变相位聚焦直线加速器优化设计中的应用

现代智能优化算法粒子群算法(Particle Swarm Optimization)在加速器设计优化上的应用逐渐增多。交变相位聚焦直线加速器(Alternative Phase Focused Drift Tube Linac)具有节省空间和造价的优点。将交变相位聚焦直线加速器的初步设计方案作为种子,植入粒子群算法中;以加速器的加速效率和束流能量作为目标,得到该方案的Pareto最优解集;在粒子进化过程中,以Pareto最优解集作为粒子的运动方向,以随机选取的Pareto最优解的运行结果作为粒子的输入参数来源,最终得到了输出能量为5.35 MeV/u、加速效率大于83%的APF优化方案。     

中国加速器驱动次临界系统主加速器初步物理设计

中国加速器驱动次临界系统（C-ADS）计划采用一个平均流强为10 mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器,驱动加速器的束流功率为15 MW,最终能量1.5 GeV,其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分,完成束流能量从10 MeV到1.5 GeV的加速,所有加速腔均采用超导结构。为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏,设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限,因此加速器在设计过程植入了容错机制,尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。介绍了C-ADS主加速器的基本设计: 总长度306.4 m, 束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。     

麦克米伦（McMillan．Edwin Mattison，1907-1991）美国物理学家（Physicist．America）

20世纪40年代，建成的回旋加速器已很大，粒子被加速到很高的速度，相对论质量增加很显著。质量增加会引起速度减慢，并使粒子和原先加速它的作用不能同步。这样，带电粒子上所得到的能量就不能超过某个上限。麦克米伦等人在1945年提出了一种对付这种质量增加的有效方法，以使加速粒子的周期性电场和粒子运动保持同步，这便导致了同步回旋加速器的出现。     

高品质激光尾波场电子加速器

激光尾波场电子加速的加速梯度相比于传统直线加速器高了3—4个量级,对于小型化粒子加速器与辐射源的研制具有重要的意义,成为当今国内外的研究热点.台式化辐射源应用需求的提高,特别是自由电子激光装置的快速发展,对电子束流品质提出了更高的要求,激光尾波场电子加速的束流品质和稳定性是目前实现新型辐射源的首要障碍.本文归纳整理了中国科学院上海光学精密机械研究所电子加速研究团队十年来在研制台式化激光尾波场电子加速器过程中采取的方案和取得的进展.例如率先提出了注入级和加速级分离的级联加速方案,通过实验获得了GeV量级的电子束能量;基于级联加速方式利用能量啁啾控制,实验获得世界最高品质的电子束流;通过优化激光系统稳定性和特殊的气体喷流结构,获得稳定的高品质电子束流输出等.这一系列实验结果有利于进一步推进激光尾波场电子加速器的应用.     

HIRFL中的束流纵向运动

 对兰州重离子加速器的两台等时性回旋加速器中的束流纵向运动作了简单分析,主要介绍两条束运线上的几台聚束器的物理设计。超低能束运线SFC轴向注入线上的两台聚束器采用了线性聚束器,并提出了用半频聚束来提高两台回旋加速器的纵向匹配效率的新方法。低能束运线(BL1)上的聚束器采用多工作模式以解决加速粒子和能量范围宽的问题。     

加速器的应用

 粒子加速器是用人工方法产生快速带电粒子束的装置。它利用电磁场将带电粒子束(如电子、正电子、质子等)加速到很高的能量,所以称为加速器。在加速器家族中,各成员的个头和能量千差万别。苗条的小妹妹有一张桌面就能蹲下了,而那些巨人则远比我们在图画或动画片中看到的巨人要大。举例来说,目前在法国、瑞士边界处运行的一台加速器(LEP),它的粒子运行轨道就有27公里长。     

激光等离子体加速器创出加速新纪录

来自美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队借助世界上最强大的激光器之一对亚原子粒子进行加速,使其达到了突破小型加速器记录的最高能量状态。相关研究发表在最新一期的《物理评论快报》上。实验中,研究人员在9 cm长的等离子体管中对粒子进行加速,使其达到4.25 Ge V。在如此短的距离内,粒子获得的加速度相当于传统粒子加速器能     

国际粒子加速器的前沿

人类对于微观世界的探索是粒子加速器发展的驱动力.粒子加速器从20世纪30年代问世以来,不断向更高能量和更好性能挺进.随着研究的深入,粒子加速器一步步从低能发展到高能,从弱聚焦发展到强聚焦,从打静止靶发展到粒子束对撞.更高的能量和更高的亮度是用于高能物理研究的加速器发展的两大前沿.作为多学科研究的平台,同步辐射光源、自由电子激光和散裂中子源等基于加速器的大科学装置也在蓬勃发展.各种低能加速器广泛地应用于国民经济的各个领域.新方法、新技术、新原理层出不穷.文章将讨论国际粒子加速器的前沿.     

一种新型加速器

提出了一种新型加速器方案，并对此方案进行了理论分析和数值计算．这种方案加速带电粒子的原理是利用强激光产生的自生磁场与强激光场构成的混合场使粒子得到加速．结果表明，粒子在较短的长度范围内可获得较大的能量． 关键词：     

新物理的探索——非加速器粒子物理实验的进展

 近十年来,非加速器粒子物理实验的进展引人注目.实验设备规模宏大,建造费用猛增,实验运行周期变长.去年八月二日至八日在新加坡举行的第二十五届国际高能物理会议上,非加速器粒子物理实验及其有关理论的报告占相当大的比重,引起与会者的广泛兴趣.加速器产生的粒子束能量与亮度是可控的,粒子束种类、飞行方向和到达时间可由实验人员调节与控制.几十年来,这种粒子源实验手段在高能物理的飞速发展中起了巨大作用.但是,无论是粒子的能量还是粒子的种类,自然界存在的粒子源远比人工粒子源丰富多样.人们往往是在自然界找到了新粒子源,然后在加速器中产生它,并进行精密的测量.这样的例子是层出不穷的.例如,α、β与γ射线就是在天然放射源中找到的.正电子、μ介子和奇异粒子也是在宇宙线中首次发现的.     

邮票上的物理学史(59)--加速器·物理实验的大型化(续)

用回旋加速器加速粒子的能量 ,实际上要受到D形盒大小 (即磁极大小 )和磁场强度的限制 .为了提高粒子能量 ,加速器越做越大 ,带来了许多技术问题 .例如D形盒内高真空度的保持 ,磁铁的建造和供电等 .此后 ,劳伦斯一心专注于组织管理工作 ,他筹措经费 ,招揽了电工、无线电、探测器等各方面的人才 ,发挥了其高超的组织才能 ,分工协作 ,在自己周围形成了一个坚强的研究集体 .他只对加速器的开发和性能的提高感兴趣 ,将各种技术工作以及加速器在科学上的应用研究都交给合作者去完成 .他的合作者之一塞格雷评论劳伦斯说 :“从本质上看 ,他更像一…     

近代物理讲座 第六讲 加速器(Ⅰ)

一、序 言 在近代物理学的发展过程中,加速器起了很重要的作用.随着加速器中粒子能量从105eV增加到1011eV,利用它进行研究的领域从核反应扩展到基本粒子反应.至今已发现的各种基本粒子有300多种,其中大部分是靠加速器发现的.图1表示基本粒子被发现的历史和加速器建成的年代对照.图中方框中是粒子名称,上方的英文字母是各个加速器的简称. 加速器在工农业生产、医疗卫生及国防等各方面的应用也越来越广泛.此外,联系着带电粒子的加速问题而发展起来的新思想和新技术,对于其他领域也有很大影响.目前,广泛应用的加速器约有二十来种.下面介绍主要…     

RFQ的束流动力学设计研究

本文评述了RFQ直线加速器对于加速低β粒子的重要优越性。给出了它的近轴区内高频电场的分布及粒子运动方程。叙述了束流的俘获效率及纵向相空间分布对于RFQ参数及注入能量的依赖关系。给出了750keV质子RFQ加速器的动力学设计研究。