回旋加速器的改进

1. 回旋加速器的改进 --PB04203174 殷晓弦

2. 摘要 • 在初步学习了回旋加速器的原理之后,知道电子被加速是有一定的速度限制的.但经过仔细思考,大胆提出改进方案.本论文偏重定性分析,其中细节由于知识所限难免有疏漏,望老师指正~

3. 关键字 • 回旋加速器 • 磁场 • 变轨 • 同步 • 屏蔽

4. 请选择 • 1 继续 • 2问题的引出 • 3问题的分析 • 4应用 • 5小结

5. 1 问题的引出

6. 问题的引出 • 在初步学习回旋加速器后，知道它的基本工作原理如图1所示。

7. 问题的引出 • 在两个D形盒中，有磁感应强度为B的磁场（保证电子在D形盒中旋转，达到反复加速的目的）。在两极板L1，L2之间接上正弦交流电。并使交流电频率与电子圆周运动的频率相等。由于电子在磁场中运动时有

8. 问题的引出 • ∴在电子速度不太大时（不用考虑相对论时），电子在磁场中运动周期只与B有关，则时，电子每完成圆周运动一次会被交流电加速两次，且，故电子动能不断增加，也不断增加。但是由于相对论效应，当电子速度接近光速时，电子质量开始显著增大，此时已不仅仅和B有关，从而T变化引起变化，,此时不能再稳定加速。现设想能对回旋加速器进行改进。

9. 2 问题的分析

10. 问题的分析 • 由一中分析知，电子不能继续被加速是由于T变化引起，于是想寻求使T不变的方法，而T不变难以实现，于是设想能否使电子的运动和T本身无关！ • 则有改进方案1：在每个D形盒上有两块互不相连的极板，分别接上极性相反的直流电压U，则若在任两极板中释放电子，电子可以顺时针不断加速下去。

11. 问题的分析

12. 问题的分析 • 但稍加思索即知以上模型有一个很大的漏洞，即在D形盒内，两极板间有电场。即如图所示。两极板间会有电场，这种电场会使电子加速所得到能量减小甚多，甚至完全抵消。 • 电子在两极板间电场力做正功，D形盒中时电场力做负功，当正负功恰好抵消时，电场对电子不做功，电子无法被加速。而若正负功不正好抵消，电子每运动一周速度还是能变大一点的。但注意到电子在磁场中运动会有变轨现象，这样的加速器实际上不可行。

13. 问题的分析 • 于是继续改进方案得到灵感，若将两极板间的电场屏蔽掉! 该模型还是可行的。

14. 问题的分析 • 综上： • 1、若采用正弦交流电进行加速，使加速点在波峰波谷的位置。加速和周期有关，考虑到相对论，电子不可能达到很大速度。 • 2、若不屏蔽D形盒中电场，则电子在D形盒中将被反向加速。 • 3 、但屏蔽D形盒中电场后，用直流电可稳定实现对极板的加速。

15. 3 应用

16. 应用 • 传统加速器U比较大，由相对论知识T改变而导致电子只能被加速到有限的速度，另外由于要把电子加速到很高能量，回旋加速器半径已经很大。但我认为体积并不是约束条件，原理上是没有问题的。人们是能够做出合理的回旋加速器将电子加速到更大能量来进行科学研究。回旋加速器不断改进，现在也有不断改变B使me和B同步改变使为一不变的值使恒定。

17. 应用 • 比较这种方案和本论文分析出的方案，区别在于一个使得T不变，另一个使得和T无关。无论采用何种方法，都是为了加速出更高能量的电子为科学研究提供材料。

18. 4 小结

19. 小结 • 本论文偏重讨论的思路、知识有限，难免有一些细节原理并没有考虑。 • 并且同步辐射的问题也没有考虑。所以在此只作定性分析。其中疏漏还需指证，并希望经过更系统的学习后能进行更详尽的讨论。

20. 谢谢大家!