第六章电子感应加速器

第六章第六章 电子感应加速器电子感应加速器4)白光中子源白光中子源倍压高压静电电子加速器 直线感应sdtBdlEBt E0()R zBt0()RBt0()RBt)(002tBeRmRmtP)(CteBcWWteBtPRRR)()2()()(0021000RW00()R zBt)(t00020)()()(RzRzRRtBsdtBt)(0tBzR20R00000)()(RzRRzRRsdtBtsdttBdlEll dEedNdWSSSltsdBtsdtBsdEl dE )(tedNdWtedNdtdtdWteRdtdW02eddWR02c0022RRWPece)(002tBeRmR)()()(000teBtPteBmRRRdttdl dEl)(dttdRE)(20dttdRE)(210dttdRedtmdeE)(2)(0()0()2ted mdR1:2)(:)(00tBtBRzR)(2202000tBRReRemzR)()(2002000teBtBRReRRzR)(0tBzR0()RBt1:2)(:)(00tBtBRzR0)(0RtBzR 在磁场上升的在磁场上升的14周周期里，电子可以完成期里，电子可以完成在轨道上几十万次的在轨道上几十万次的旋转运动旋转运动。01n()zBrnBr 01n0rBz方向）方向(z )()()1()(22nzmdtdzmdtdrxnmdtdxmdtdcrrxxnmFr)1(2nzmFz20)()1(0RxteBcnFRr0)(0RzteBncFRz000202021 10000ReBcReBccRBemRmRmBeRRRR0)()1(0RxteBcnFRr0)(0RzteBncFRz0RB0RB01na2404()3eWR4W000()RPReBt()()()iti tRPReBtP21ttt 1tt()iRBtiR2tt()iRBtiR12ttt t000()()()()iRtRii tBtRPBtRP平衡轨道瞬时轨道0PPP0ixRR xP000()RPeBt R()0()0i ttiPPPRRxxrBBBRzRRi00 xBxrBeRReBxrBxBxrBeRReBxRxrBBeReBPRRzRRzRRzRRzRiii000000000002000 xBxrBeRPRRz000000RPeB RnRxrBBRRxPPRzR1 1000000100(1)xPnRPAA几十1、引、引 言言n直线感应加速器也是利用经典的电磁感应原理，即利用磁直线感应加速器也是利用经典的电磁感应原理，即利用磁通量的变化产生感生电动势来加速带电粒子。通量的变化产生感生电动势来加速带电粒子。n直线感应加速器与电子感应加速器不同之处是，带电粒子直线感应加速器与电子感应加速器不同之处是，带电粒子沿直线被加速。沿直线被加速。直线感应加速器采直线感应加速器采用如图所示的感应组用如图所示的感应组元（加速组元）结构。元（加速组元）结构。感应组元可以简单感应组元可以简单地看成为一个地看成为一个1:11:1的脉的脉冲变压器。冲变压器。2、结构和基本原理、结构和基本原理环绕圆环状磁芯有环绕圆环状磁芯有 两个回路。两个回路。与脉冲发生器相连与脉冲发生器相连 的回路是初级，的回路是初级，而包含粒子束流和而包含粒子束流和 加速间隙的回路是加速间隙的回路是 次级。次级。加速电压加速电压 当脉冲发生器产生的脉冲电压输入初级回路时，使磁芯产生当脉冲发生器产生的脉冲电压输入初级回路时，使磁芯产生磁通磁通 量的变化，因而在次级回路的加速间隙上产生感应电压，量的变化，因而在次级回路的加速间隙上产生感应电压，加速间隙区域形成轴向感应电场加速间隙区域形成轴向感应电场.直线感应加速器组成：直线感应加速器组成：n注入器、注入器、n加速组元系统、加速组元系统、n脉冲功率系统、脉冲功率系统、n束流输运系统、束流输运系统、n测控系统及辅助系统测控系统及辅助系统 （包括真空、包括真空、绝缘油、绝缘油、绝缘气体绝缘气体 及去离子水等及去离子水等）。）。电子能量电子能量 Ee=N.q.Uc3、性能特点、性能特点 可产生非常强的束流、非常高峰功率及高品质的脉冲粒子束 （电子束或离子束）。直线感应加速器产生的束脉冲重复频率低得多，但束流强度却 高得多（例如可大于10kA）。直线感应加速器是世界上现有功率最强大的加速器之一。由于具备这些独特的优越性能，直线感应加速器在科学研究、国防及国民经济领域有广泛而重要的应用，它的发展受到许多国家的重视。至今，全世界共建成各类直线感应加速器100多台4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状1）美国）美国 世界上第 一 台 直线感应加速器世界上第 一 台 直线感应加速器 ASTRON-I,由由 N.Christofilos发明，并于发明，并于1963年在美国劳伦斯利弗莫尔实验年在美国劳伦斯利弗莫尔实验室（室（LLNL）建成。）建成。该加速器可提供束流该加速器可提供束流350A、能量、能量4MeV、脉宽、脉宽300ns及及重复率重复率100Hz的脉冲电子束，用于约束等离子体，并在实验的脉冲电子束，用于约束等离子体，并在实验中用于研究电子束通过大气传输的可行性，远期目标是创造粒中用于研究电子束通过大气传输的可行性，远期目标是创造粒子束武器。子束武器。4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状 1）美国）美国 陆续研制了不同的感应直线加速器：加速质子的ERA加速器（4MeV、1kA、45ns）；用于自由电子激光（FEL）研究的ETA加速器（5MeV、10kA、60ns、1kHz）；ATA加速器（50MeV、10kA、70ns、1kHz）；高平均功率的ETA-II加速器（6MeV、2kA、70ns、5kHz）。1982年，劳伦斯利弗莫尔实验室研制了用于核武器流体动力学试验闪光X光照相的FXR加速器（20MeV、24kA、60ns），这是直线感应加速器首次用于闪光X光照相。1990年代，随着全面禁核试时代的到来，为了在全面禁核试后继续保持核武器研究和发展能力，各核国家纷纷花大力气提高自已的闪光X光照相能力4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状2）前苏联）前苏联 发展直线感应加速器起步比美国稍晚。1967年在实验物理研究院（VNIIEF）建成第一台无铁芯的直线感应加速器（2MeV、2kA、40ns）；1977年建造了LIU-10加速器（14MeV、50kA、20ns）1989年建造了和LIU-30加速器（40MeV、100kA、20ns），4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状3）日本）日本1990年代，日本原子能研究所（JAERI）、高能物理所（KEK）及大坂大学激光工程研究所先后建成用于自由电子激光研究的直线感应加速器。1996年，日本长岗技术大学建造了直线感应加速器ETIGO-III（8MeV、5kA、30ns），用于X光、高功率微波和烟气脱硫等研究。4、发展历史与研究现状、发展历史与研究现状3）中国）中国 中国直线感应加速器研究始于1982年，1989年研制成功我国首台1.5MeV直线感应加速器；1991年建成3.3MeV加速器（3.3MeV、2kA、60ns），用 于曙光一号自由电子激光研究，最大输出功率达140MW，1993年建成我国首台用于闪光X光照相的10MeV直线感应加 速器（10MeV、2.3kA、60ns），1995年该机升级为12MeV；本世纪初，自主研制成功“神龙一号”直线感应加速器（1820MeV、2.5kA、60ns）。“神龙一号”加速器总体性能 跻身国际先进行列。