十大加速器排名

粒子加速器环形正负电子对撞机

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1960年代单级(单级)2 MeV线性Van de Graaff加速器,在此维修。

粒子加速器 (英語: pdiv accelerator )是利用电场推动带电粒子获得高能量。日常生活中常见的粒子加速器包括电视的阴极射线管和X射线管。只有将加速后的粒子放入真空管中,它们才不会被空气中的分子压碎。高能加速器中的粒子被四极磁体聚焦成束,因此粒子不会由于彼此产生的排斥力而散射。

粒子加速器有两种基本类型,即环形加速器和线性加速器。

環形加速器 [ 编辑 ]

加速后的粒子以一定的能量以圆形结构运动。粒子的圆形轨道由偶极磁体控制。与线性加速器(Linac)不同,圆形加速器的结构可以连续加速粒子,并且粒子将反复通过圆形轨道上的同一点。但是,粒子的能量将以同步加速器辐射的形式发射。

同步辐射是任何带电粒子加速时发出的电磁辐射。当粒子沿圆形轨道运动时,它们都具有向心加速度,该加速度将继续辐射粒子。此时,必须提供电场加速以补充损失的能量。同步辐射是一种高功率辐射。加速器使电子加速以产生相同相的X射线。

除了加速电子外,一些加速器还加速重离子(例如质子)的运行,以在更高的能量领域进行研究。例如,夸克和胶子的高能物理研究与分析。

最早的圆形加速器是粒子回旋加速器,该粒子回旋加速器由欧内斯特·劳伦斯(Ernest Lawrence)在1932年发明。粒子回旋加速器具有一对半圆形(D形)空心箱,它们以固定频率变换电场以加速带电粒子。一组磁偶极子提供磁场以旋转运动的粒子。带电粒子从盒子的中心开始加速,然后沿着螺旋轨迹移动到盒子的边缘。

粒子回旋加速器具有能量限制,因为特殊的相对论效应会高速改变粒子质量。因此,粒子荷质比与回旋加速器频率之间的关系发生了变化,许多参数需要重新计算。当粒子速度接近光速时,粒子回旋加速器需要提供更多能量以允许粒子继续运行,这时它可能已达到粒子回旋加速器的机械极限。

当电子能量达到大约一千万电子伏特(10 MeV)时,原始粒子回旋加速器将不再加速电子。必须使用其他方法,例如使用同步加速器回旋加速器和同步回旋加速器。这些加速器适用于较高的能量,但不适用于较低的能量。

如果要达到大约十亿eV或GeV的更高能量,则必须使用同步加速器。同步加速器将颗粒放入称为存储环的圆形真空管中。储存环具有许多磁铁装置,以使粒子聚焦并使粒子在储存环中旋转。微波(高频)谐振腔提供电场以加速粒子。

直線加速器 [ 编辑 ]

(linear pdiv accelerator)

带电粒子沿直线加速并到达加速器的末端。诸如阴极射线管和X射线发生器之类的能量较低的加速器使用一对电极板,它们的直流(DC)差约为几千伏。 X射线发生器本身的目标是电极之一。这种加速方法是Leo Sillard提出的,最终RolfWiderøe于1928年成功制造出第一台实验装置。

高能线性加速器使用排列成一条线的电极板的组合来提供加速电场。当带电粒子接近电极板之一时,使电极板带相反的电荷以吸引带电粒子。当带电粒子通过电极板时,电极板被带上相同电特性的电荷,以排斥带电粒子并将其推向下一个电极板。为了使颗粒继续加速通过,科学家通常将电极板设计为电极环。因此,在加速带电粒子束时,必须仔细控制每个环上的交流(AC)电压,以便每个带电粒子束可以继续加速。由于粒子的速度越来越快,为了维持电场以加速粒子效率,减震环的长度必须越来越长,以增加电场作用在粒子上的时间。为了维持粒子轨迹的稳定性,通常使用一系列的四极磁体来迫使粒子束集中在中心方向上。

当粒子接近光速时,由于相对论效应,粒子会将电能转换为质量能。电场的转换率必须变得很高才能抵抗相对论效应。必须使用微波(高频)谐振腔来操作加速电场。

由于线性加速器的高电压操作,仪器表面会产生感应电荷。这不仅会导致实验错误,还会导致安全泄漏。甚至金属仪器表面上的电能也将转换为更危险的热能,从而产生直线。加速器必须具有极限电压以确保安全。另外,仪器的尺寸太大,并且高压操作的电费是很大的负担。因此,在使用线性加速器之后,科学家根据成本和安全性要求发明了回旋加速器。欧内斯特·劳伦斯(Ernest Lawrence)发明了回旋加速器,并于1939年获得诺贝尔物理学奖。

尽管线性加速器具有成本和安全性的缺点,但是与当前的粒子加速器相比,它仍然具有高功率(在短时间内将粒子加速到相对论状态)和高输出的优点。线性加速器也称为直线加速器( Lin ear Ac 简称celerator)。

在美国,大型医院正在建造粒子加速器来治疗癌症 [1] 。目前,美国,日本,俄罗斯,德国,意大利,中国和其他国家已经有用于质子治疗的促进剂,而用碳离子治疗的最新技术设备在世界上只有九种。日本千叶县海德堡大学离子治疗中心,海德堡大学离子治疗中心,上海质子重离子医院物理研究所,甘肃无尾重离子治疗中心,日本千叶县重子医学治疗中心,兵库县医学中心医疗重离子加速器,群马大学研究中心用于重粒子放射治疗,以及九州国际重粒子放射治疗中心[2]。

参考文献 [ 编辑 ]

外部链接 [ 编辑 ]

环形加速器怎么做

欧洲粒子物理计划仅用于为欧洲物理学家提供研究指导;而且,2013年5月30日启动的更新版《欧洲粒子物理计划》可能会为该领域的研究提供全球指导。

更新后的计划以2006年制定的原始策略为基础。可以预见,其主要重点是全面开发世界上最大的原子加速器,即位于日内瓦附近欧洲粒子物理实验室(CERN)的大型强子对撞机(LHC)。瑞士。在2010年,大型强子对撞机开始收集数据,并在2012年检测到了科学家孜孜不倦地追求的希格斯玻色子-这个粒子对伊恩来说很重要,因为它可以解释为什么其他基本粒子具有质量。

有所侧重

更重要的是,更新后的战略首次明确表明,欧洲愿意加入其他大型项目的研究,即使这些项目位于北美或亚洲也是如此。欧洲核子研究组织总干事Rolf-Dieter Heuer说:“一旦有了明确的计划,欧洲愿意参加其他地区的研究项目。”豪雅也是欧洲战略集团的成员,该集团负责制定最新计划。

更新后的计划可能会产生巨大影响。最近,有一些小型实验,粒子物理学家的主题集中在3个巨大的项目上。第一个项目是大型强子对撞机,研究人员计划将该项目继续到2030年,以期发现其他新粒子。第二个项目是在最近几十年中,科学家一直希望建造一个30公里长的国际线性对撞机(ILC)。 ILC是一种超高能正电子电子对撞机,它使物理学家能够深入研究任何新发现的LHC粒子。第三个项目是科学家致力于进行比现有实验更大的研究。中微子是一种极难检测的粒子。该实验旨在研究三种类型的中微子如何从一种类型转变为另一种类型的中微子振荡,这将有助于解释为什么宇宙中物质的数量远远超过反物质。

但是谁能建立美国研究人员一直希望“拥有自己的东西”的ILC项目,物理学家们尚未达成协议。 2008年,美国能源部(DOE)表示,它负担不起该项目资本金的50%,约70亿美元。此后,许多科学家认为CERN是该设施建设的合适场所。但是,去年,日本官员表示有兴趣执行该项目,2011年日本东北海啸灾后重建基金中的部分资金将用于ILC项目。中微子物理学的研究更为模糊:日本,欧洲和美国的物理学家都希望进行大规模的中微子实验。

更新的欧洲粒子物理计划的两个部分可能可以解决这些情况。关于线性对撞机,该文件提到:“日本粒子物理学界希望在日本启动ILC项目非常受欢迎。欧洲期待日本提出讨论欧洲如何参与此事的提议。”该文件提到了亚物理:“欧洲应该探索成为美国和日本实施的长期中微子基线项目主要参与者的可能性。”

欢迎合作

打算参加国外项目的概念有助于探索更广泛的粒子物理全球解决方案。可以想象连接该领域的各个信息点,例如日本建造的ILC,美国进行了大规模的中微子实验。当然,迄今为止,没有人敢保证日本政府真的可以花费数十亿美元投资于ILC项目。

更新后的策略无异于为美国科学家的长期基线中微子实验(LBNE)程序注入了强心剂。 LBNE实验将使用34,000吨液态氩储存在位于南达科他州里德附近的废弃Homestake矿山下方1,480米处,以探测1300公里外伊利诺伊州的巴达维亚费米国家加速器实验室发射的中微子束。

但是,美国能源部在2012年3月表示,很难为该实验计划提供19亿美元的资金,这将要求以更低的成本进行实验。纽约Upton布鲁克海文国家实验室的物理学家,LBNE合作项目的发言人Milind Diwan说,物理学家目前计划在霍姆斯特克矿山(The Homestake)的地表上建造一个由10,000吨液态氩组成的探测器。该设备的总成本为8.77亿美元。为了使实验顺利进行,必须将探测器安装在地下以避免宇宙射线的干扰。目前,LBNE研究人员和费米实验室官员正在为该项目寻求其他国家的资助。

欧洲的参与和随之而来的资源使LBNE成为世界一流的开拓性实验。但是,LBNE研究人员可能仍然感到受困。豪雅尔说,只有美国承诺进行一流的实验,欧洲才会愿意参加。该倡议掌握在美国手中。迪万认为:``如果LBNE想要成为世界上最大的项目,那就意味着它应该建立在地下建造实验设施的想法上。欧洲希望美国这次能够取得一些显著成就。在衰退期间,欧洲将不会选择所有投资少的实验,欧洲希望美国承担这一领域的重要研究任务。

背景链接

粒子加速器是一种通过人工方法生成高速带电粒子的设备。它是探索原子核与粒子的性质,内部结构以及相互作用的重要工具。应用。目前,主要有以下类型的粒子促进剂。

同步加速器:其主磁场随时间变化,以确保带电粒子在恒定的轨道中旋转。为此,将磁体制成环形,这可以减小磁体的重量。加速电场是交变的,其频率随带电粒子回旋加速器频率的变化而变化,以确保共振的加速。同步加速器可以使电子加速,这称为电子同步加速器。它也可以用于加速质子,这称为质子同步加速器或同步相位加速器。顾名思义,用于加速重离子加速的同步加速器应称为重离子同步加速器。

回旋加速器:也称为微波回旋加速器,专门用于加速电子。在这种类型的加速器中,轴向磁场是均匀的,并且加速电场的频率也是恒定的。不同之处在于,加速间隙位于磁极的一端,而电子的轨道是与加速间隙的中心线相切的一系列圆。电子每旋转一圈就会加速。只要旋转周期等于加速电压周期的整数倍,就可以加速共振。电子回旋加速器的能量不是很高,最大仅为几十兆电子伏特,电子束强度为30到120微安,其中大多数用于医学治疗和辐射剂量测定。

圆形加速器:被加速的粒子以一定的能量以圆形结构运动。粒子的圆形轨道由磁偶极子控制。与线性加速器不同,圆形加速器的结构可以连续加速颗粒。粒子将反复通过圆形轨道上的同一点,但是粒子的能量将通过同步加速器辐射发射。

线性加速器:带电粒子沿直线加速并运行到加速器的末端。较低能量的加速器,例如阴极射线管和X射线发生器,使用一对直流电压差约为几千伏的电极板。在X射线发生器中,目标本身就是电极之一。

《中国科学报》(2013-06-06第三版国际)

http://tech.ifeng.com/discovery/detail_2013_06/06/26149254_0.shtml

近日,中国环正负电子对撞机研究小组发布了概念设计报告。中国科学院高能物理研究所有关负责人表示,环形电子对撞机可以帮助人们进一步理解希格斯粒子的性质和宇宙的早期演化,反物质损失,寻找暗物质。物质和其他尚未解决的关键科学问题,并寻找新的物理定律。

正负电子对撞机是一种粒子加速器。实际上,粒子加速器可以在每个房屋的每个房间中找到,例如电视和计算机。电视和计算机屏幕中的负射线管是一种粒子加速器。负射线管从阴极提取电子,然后加速电子并改变其方向,使电子撞击屏幕,最后在显示器上产生亮点。该原理适用于各种粒子加速器,包括人们所说的电子对撞机。简而言之,粒子促进剂的作用是使不同的粒子碰撞在一起。

当不同的粒子碰撞时会发生什么?当两个粒子碰撞时,运动状态不仅会改变,而且还可能转换为其他粒子。这样,人类打开了原子并发现了各种谜团。

1898年,后来被称为原子物理学之父的英国物理学家卢瑟福发现铀和铀化合物发出两种不同类型的辐射,一种非常容易吸收,另一种相对具有强大的穿透力,卢瑟福用希腊字母命名这两种射线,前者称为α射线,后者称为β射线。 1910年,卢瑟福通过用α粒子轰击原子来发现原子核。四年后,他用α粒子轰击了氢原子,结果是电子被敲除,因此人类发现了质子。后来,卢瑟福继续用α粒子轰击氮原子,将质子从原子核中撞出,因此氮原子变成了氧原子。

后代的科学家在研究粒子时大多遵循卢瑟福的道路,即不断轰击粒子,最终发现新的粒子。但是,轰击更深的粒子需要更高的速度和更高的能量,然后使用对撞机将两束粒子束加速为高能,并使它们彼此碰撞。经过一个世纪的研究,包括粒子碰撞和太空探索,人类发现了数百种具有不同类型相互作用的微观粒子。当然,基本粒子只是几十个粒子。

粒子构成物质世界,研究构成物质世界和宇宙世界的粒子已成为人类物质世界中最先进的科学。自从1960年代建造各种电子对撞机以来,随着仪器的更换,碰撞的能量越来越大,发现也增加了。通过对撞机获得的许多科学成果已被改写为人类对物质世界的知识。

目前,世界上最著名的对撞机是位于法国和瑞士交界处的欧洲大型强子对撞机。该机器不仅是当时世界上最大的粒子加速器,还是最大的机器。欧洲强子对撞机正在运行欧洲核研究组织,该组织拥有世界上最大的粒子物理实验室。这个实验室还催生了我们今天都使用的一种工具:万维网,即您输入URL的时间。 3“ W”。

2012年,欧洲大型强子对撞机发现了对物理学至关重要的“上帝粒子”,即希格斯粒子,这开启了粒子物理学研究的新纪元。希格斯粒子被称为基本粒子理论构建的基石,它们的研究将影响人类对微观粒子和宏观世界的理解。

中国第一台高能加速器是北京正电子对撞机,该电子对撞机于1988年首次成功碰撞。它被誉为世界上八种高能加速器之一。今年是该加速器成功碰撞40周年。在过去的40年中,北京电子正对撞机为中国的高能物理研究做出了巨大的贡献。新型环形正负电子对撞机概念设计报告的发布,意味着相关的加速器,探测器和土木工程的基本设计已经完成,未来将着眼于对撞机的关键技术和发展原型。 (苏念)