回旋加速器

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一個60吋的迴旋加速器

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(其中B磁感应强度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。在不考虑爱因斯坦狭义相对论时,由于在磁场中回旋半径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。

世界上最大的迴旋加速器位於英屬哥倫比亞大學溫哥華校區,為加拿大TRIUMF國家研究中心所擁有。

参考文献[编辑]

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

參見[编辑]