怎样才能设计出能量更高的粒子加速器?
请问目前的粒子加速器都有哪些加速机制，各有哪些缺点，提高加速器加速能量的物理限制有哪些？ 怎么才能设计出能量更高，体积更小的加速器？
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本学期正好学了加速器物理基础这门课，按我自己的总结和理解说一下，仅供参考。加速粒子最容易想到的当然是使用电场。高中物理告诉我们，带电粒子在电场中的能量，这里用代表电荷数。根据这个原理就有静电加速器，主要就是制造一个电压很高的静电场。比如范德格拉夫起电机这种东西。但是电压很难升的特别高，这样会遇到不少问题，比如空气击穿等等。如果想要加速到更高的能量，可以考虑用一个有限的电压加速粒子多次。比如静电串列加速器，用一个高压，粒子运动到中间时反转粒子的电荷，比如将本来带正电的粒子变成带负电的粒子，这样这个电压还能在加速一次。但是串列加速器能够加速的次数太少，能不能更多呢？高中物理还告诉我们，带电粒子在均匀磁场中做圆周运动，运动周期在经典物理中是一个恒定值，每次让粒子通过缝隙，缝隙间加一个加速电场，只要（这就是谐振加速条件），粒子每次通过缝隙就都能加速，加速后粒子的轨道半径会变大，但是周期还是不变。设通过加速缝隙时加速电场的相位是，双D盒结构（就一个圆，沿一个直径被劈开的样子，这样每圈加速两次），这是粒子每转一圈，就能获得能量。这就劳伦斯提出的经典回旋加速器。经典回旋加速器面临的问题是滑相。相对论将质量和能量联系在一起，粒子在加速过程中质量是变化的。这样每次加速时加速电场的相位会升高，但是相位升高到后，加速电压就是0，不能再加速了，所以经典回旋加速器有能量限制。为了能够不滑相，保持谐振加速条件，有两种方法，一种是同步的调整,另一种是调整。前者就是稳相加速器，后者是等时性回旋加速器。等时性回旋加速器让变成一个常数，但是会引入一个新的问题，散焦。实际上刚刚那些都是理想条件的粒子，实际上大部分粒子都会偏离理想条件一些，磁场的一个作用就是让这些偏离一些的粒子绕理想轨道上的粒子振荡，不会跑掉，所以磁场一般都会随着半径增大下降一些。等时性回旋加速器却让磁场沿着半径升高，这样大部分粒子在加速过程中就跑掉了，最后剩下的粒子太少也不行。为了解决这个问题，Thomas想到让磁场再提供轴向聚焦力，比如让磁场变成这样。这样一般情况下就不会跑了，但是能量更高时还是会跑，还是有一个能量极限的。稳相加速器让加速电场的频率变化，但是变化的速度和有关，也就是说电场是按理想轨道上的粒子调的，你让大量的那些偏离理想轨道的粒子怎么办？幸亏人们发现了自动稳相原理，就是说立项轨道附近的粒子的加速相位会振荡，是可以随着理想轨道上的粒子一起加速的。理论上稳相加速器已经没有能量限制了，但是能量越高轨道半径越大，回旋加速器都是加整块的磁铁的，造价近似正比于磁铁大小的三次方，能量太高的谁也造不起。为了解决这个问题，提出了同步加速器。同步加速器限制粒子轨道半径，轨道上加磁偏转、磁聚焦等等作用的磁铁，限制磁铁的大小，可以调成磁场的大小。这样随着粒子加速同步的调整加速电场频率和磁场的大小，就可以一直加速下去。同步加速器面临的问题也有不少，比如磁场大小也是有限制的，所以只能加大半径。另外还有同步辐射，带电粒子作告诉圆周运动时会辐射电磁波释放大量能量。
由于每种加速机制都有最高梯度的上限，因此在建造高能加速器是都会遇到预算问题。无限制的提高能量，会使建造和运行经费无限上升，这已经不是一个国家甚至全世界所能承受的。现阶段，金属腔结构的射频加速器是主流，但是经过几十年的发展，基本已经达到了物理和经济的极限，比如LHC还是基于金属腔射频结构加速的。比如ILC如果要在日本建，则会经过几个不同的地震带，这些都是限制。现阶段，可能的突破时尾场加速器，包括束流尾场，激光尾场或加速。他能提供GeV/mm的加速梯度，使短距离高增益的加速成为可能。
无非是分为磁场，微波，电场三种加速方式吧？现在看来，磁场回旋加速器太贵，直线磁力加速器又太长。电场的容易击穿，也太大。只有微波的能做小些，但也受功率源制约，日本搞了个超导的糖葫芦，可能能量比较高。
利用超导原件制作加速枪的加速器能够实现比传统更高的能量，这个应用已经比较多了。
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社交帐号登录高能粒子加速器是怎样使科学获得进步的?
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社交帐号登录粒子加速器是怎么回事?原理是什么?
坑爹saOP06IQ25
在回旋加速器中心部位的离子源经高压电弧放电而使气体电离发射出粒子束流,该粒子束流在D型盒中运动.D型盒与高频振荡电源相联为加速粒子提供交变的电场.在磁场和电场的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的轨道中运动飞行被加速的粒子在近似于螺旋的轨道中运动飞行.在回旋加速器中心区域,粒子被拉出后经电场的加速而获得较低的初速度,同时,磁场也对这些粒子产生作用,两种场作用的结果是粒子在D间隙内按螺旋轨道飞行.经过非常短的时间后,粒子将进入另一个D电极盒,此后,粒子在该D电极盒一边飞行到等电势的另一边.每越过一圈后,其轨道半径将比前一次的轨道半径大.粒子运动的瞬时轨道半径将随时间t的增加而增大,粒子运动速度的平方与粒子旋转的圈数成比例.被加速粒子运动的螺旋轨道半径r与运行时间t的平方根成正比.带电粒子经多次加速后,圆周轨道半径达到最大并获得最大的能量,在该点处粒子将被束流提取装置提取引出.
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中国科学院研究生院教材·粒子加速器技术
《中国科学院研究生院教材·粒子加速器技术》是2006年出版的图书。
中国科学院研究生院教材·粒子加速器技术内容简介
《粒子加速器技术》是中国科学院高能物理研究所的研究人员在中国科学院研究生院多年授课的讲义基础上整理而成的。全书以高能加速器为对象，讨论加速器各个系统的主要技术问题，包括：高能加速器的磁铁技术、磁铁电源技术、高频技术、真空技术、束流测量技术、自动控制技术、电子直线加速器技术和加速器辐射防护技术等。
《粒子加速器技术》反映了当今国际高能加速器科学技术研究的前沿水平，可作为高等院校物理系相关专业的研究生教材或教学参考书，也可供相关专业的研究人员和技术人员参考。
中国科学院研究生院教材·粒子加速器技术目录
主要符号表
第一章 高能加速器导论
1.1 高能加速器在基本粒子研究中的意义
1.2 加速器的能量提高与技术创新
1.3 高能加速器的发展前沿
1.3.1 高能量前沿
1.3.2 高亮度前沿
1.4 基于加速器的多学科平台
1.4.1 同步辐射装置
1.4.2 自由电子激光
1.4.3 散裂中子源
1.5 加速器技术——高能加速器建造和发展的保证
第二章 加速器磁铁技术
2.1 加速器磁铁的主要类型
2.2 加速器磁铁磁场的基本形态和磁场分析
2.2.1 磁场的基本特性
2.2.2 磁场的基本形态和磁场分析
2.3 加速器常规磁铁的设计和建造
2.3.1 铁心磁铁设计的给定要求和设计的一般考虑
2.3.2 常规磁铁的极面设计
2.3.3 极极体和铁心回路
2.3.4 磁铁的端部效应
2.3.5 铁心磁铁的端部垫补与端部削斜
2.3.6 铁心材料特性和磁铁运行特性
2.3.7 铁心磁铁的扰动效应
2.3.8 磁铁磁场分布的数值计算
2.4 水磁磁铁
2.4.1 水磁磁铁的特殊性质
2.4.2 永磁材料
Ⅱ 粒子加速器技术
2．4．3 永磁多极磁铁的工作原理
2．4．4 永磁磁铁的扰动效应与磁场微调技术
2．4．5 永磁磁铁的组装技术
2．5 超导磁铁
2．5．1 超导材料
2．5．2 超导多极磁铁多极磁场的产生
2．5．3 铁轭的影响
2．5．4 线圈端部的磁场
2．5．5 超导磁铁的机械精度和磁场力
2．6 加速器磁铁的磁场测量
2．6．1 霍尔片磁场测量
2．6．2 移动长线圈磁场测量
2．6．3 旋转线圈磁场测量
第三章 加速器磁铁电源技术
3．1 电源技术的发展及磁铁电源在加速器中的作用
3．1．1 电源技术及功率器件简介
3．1．2 加速器电源的基本概况
3．2 几种磁铁电源的基本工作原理
3．2．1 晶闸管调相直流电源
3．2．2 开关型直流电源
3．3 BEPCⅡ储存环磁铁稳流电源简介
3．3．1 BEPCⅡ对储存环磁铁稳流电源的基本要求
3．3．2 BEPCⅡ典型稳流电源介绍
[本章附录1] 稳定电源术语定义
[本章附录2] 零磁通电流传感器工作原理(简称：DCCT)
第四章 加速器高频技术
4．1 高频系统在加速器中的作用
4．1．1 用直流电压产生的电场加速带电粒子
4．1．2 多节累积加速
4．1．3 直线共振型加速器
4．1．4 回旋加速
4．1．5 稳相加速
4．2 高频谐振器——从LC电路到高频腔
4．2．1 RLC振荡电路
4．2．2 高频谐振腔
4．2．3 谐振腔和束流在实际电路中的等效
4．3 储存环高频系统的设计
4．3．1 设计中的储存环高频系统应达到的基本要求
4．3．2 高频加速腔设计思想
4．3，3 耦合器与陶瓷窗
4．3．4 高频功率放大器的方案选择
4．3．5 低电平控制系统
第五章 加速器真空系统
5．1 加速器真空系统基本要求
5．2 真空物理基础
5．2．1 真空概念和测量单位
5．2．2 常用公式
5．3 真空系统的计算
5．3．1 流导计算
5．3．2 抽气方程
5．3．3 压强分布计算
5．3．4 蒙特卡罗模拟计算
5．4 真空获得方法
5．4．1 涡轮分子泵
5．4，2 溅射离子泵
5．4．3 钛升华泵
5．4．4 非蒸散型吸气剂泵
5．4．5 分布式真空泵
5．5 真空测量和检漏方法
5．5．1 真空测量方法
5．5．2 真空检漏方法
5．6 真空材料与工艺
5．6．1 真空材料
5．6．2 真空部件表面处理
5．7 储存环真空系统的设计
5．7．1 束流与残余气体相互作用寿命
5．7．2 同步辐射功率
5．7．3 同步辐射光引起的气体负载
5．7．4 真空盒的设计
5．7．5 RF屏蔽波纹管
5．7．6 结束语
第六章 同步加速器的注入与引出技术
Ⅳ 粒子加速器技术
6．2 注入方式
6．2．1 单圈单次注入
6．2．2 单圈多次注入
6．2．3 多圈注入——H-电荷转换注入
6．3 引出方式
6．4 冲击磁铁系统
6．4．1 梯形波冲击磁铁系统
6．4．2 半正弦波冲击磁铁系统
6．4．3 高压脉冲谐振充电电源
6．4．4 冲击磁铁脉冲电源的发展趋势
6．5 切割磁铁
6．5．1 导流板型切割磁铁
6．5．2 涡流板型切割磁铁
6．5．3 Lambertson切割磁铁
第七章 加速器束流测量技术
7．1 束流测量概述
7．2 束流测量物理
7．2．1 束流的电磁场
7．2．2 束流频谱
7．2．3 单束团
7．2．4 多束团
7．3 主要参数的测量方法和原理
7．3．1 流强测量：BCT，DCCT，WCM，法拉第筒
7．3．2 束流位置测量
7．3．3 束流截面测量
7．3．4 束流发射度测量
7．3．5 储存环束流能散度测量
7．3．6 束团长度测量
7．3．7 振荡频率测量
7．3．8 束流损失测量
7．4 逐束团束流反馈系统
7．4．1 系统的主要参数
7．4．2 系统组成
第八章 加速器控制技术
8．1 计算机控制系统的基本概念
第九章 电子直线加速器技术
第十章 加速器辐射防护与安全技术
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