回旋加速器的原理

回旋加速器的原理回旋加速器的工作原理如图所示，设离子源中放出的是带正电的粒子，带正电的粒子以一定的初速度v0进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运行半周后回到窄缝的边缘，这时在A1、A1′间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率由v0变成v1，然后粒子在上方D形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半个周期后到达窄缝的边缘A2′，这时在A2A2′间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速速率变为v2，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速，又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量.带电粒子在磁场中运动的半径为R=qBmv，所以粒子被加速后回旋半径一次比一次增大，而带电粒子在磁场中运动的周期T=qBm2，所以粒子在磁场中运动的周期始终保持不变，这样只要加在两个电极上的高频电源的周期与带电粒子在磁场中运动的周期相同，就可以保证粒子每经过电场边界AA和A′A时正好赶上合适的电场方向而被加速.由于相对论效应，当粒子速率接近光速时，粒子的质量将显著增加，从而粒子做圆周运动的周期将随粒子速率的增长而增长，如果加在D形盒两极的交变电场的周期不变的话，粒子由于每次“迟到”一点而不能保证经过窄缝时总被加速，因此，为了使粒子每次穿过窄缝时仍能不断得到加速，必须使交变电场的周期随着粒子加速的过程而同步变化，根据这个原理设计的回旋加速器叫做同步回旋加速器.另外采用多级电场加速的直线型装置不存在这种困难，这种多级加速装置在过去没有条件建造，现在已经建造出来，科学家们称它为直线加速器，长度达几千米到几十千米，如图所示的长约3km的斯坦福大学直线加速器.