回旋かいせん加速器かそくき

一いち個こ60吋いんち的てき迴旋加速器かそくき

迴旋加速器かそくき示しめせ意い图

迴旋加速器かそくき是ぜ一いち種しゅ粒子りゅうし加速器かそくき。迴旋加速器かそくき通過つうか高だか頻しき交流こうりゅう電壓でんあつ來らい加速かそく帶電たいでん粒子りゅうし。大小だいしょう從したがえ數すう英えい吋いんち到いた數かず公おおやけ尺じゃく都みやこ有ゆう。它是由美ゆみ国こく物理ぶつり学がく家か欧おう内ない斯特·劳伦斯於1929年ねん發明はつめい。在ざい同どう步ふ加速器かそくき於1950年代ねんだい興起こうき以前いぜん，迴旋加速器かそくき一直是粒子物理學的主要研究用工具，許多きょた原子核げんしかく、基本きほん粒子りゅうし的てき性質せいしつ有ゆう關せき的てき資し訊，均ひとし是ぜ利用りよう高だか能のう粒子りゅうし轟とどろき擊げき原子げんし靶而獲得かくとく的てき。

歷史れきし

在ざい1929年ねん時じ，勞ろう倫りん斯就已やめ經けい考慮こうりょ過か這種可能かのう性せい：將はた粒子りゅうし重複じゅうふく地ち經由けいゆ一相對小電壓做加速。他た於是與あずか李り明あきら斯頓（M.S.Livingston）合作がっさく，發展はってん出で了りょう迴旋加速器かそくき。第だい一部迴旋加速器建於1930年ねん，稍やや後ご的てき改良かいりょう則そく於1934年ねん完成かんせい。1932年ねん，約やく翰·柯克勞ろう夫おっと與あずか歐おう內斯特とく·沃吞在ざい英國えいこく製造せいぞう了りょう第だい一いち台だい「原子げんし擊破げきは器き」，利用りよう700,000V的てき單一たんいつ高だか電壓でんあつ對質たいしつ子こ加速かそく，然しか後ご再さい拿它們轟擊げき鋰靶。他た們採用さいよう的てき方法ほうほう雖然較為野蠻やばん，但ただし確實かくじつ是ぜ建けん構出了りょう這麼個こ高だか電壓でんあつ。

构成

回旋かいせん加速器かそくき的てき基本きほん构成是ぜ两个处于磁场中ちゅう的てき半はん圆D型がた盒和D型がた盒之间的交变电场。带电粒子りゅうし在ざい电场的てき作用さよう下か加速かそく进入磁场，由ゆかり于受到洛らく伦兹力りょく$F=qvB$（其中$B$为磁感应强度きょうど，$q$为带电粒子りゅうし所しょ带电荷に）而进行ぎょう匀速圆周运动，每まい运动到两个D型がた盒之间的电场时在电场力りょく作用さよう下か加速かそく，之これ后きさき再さい次つぎ进入磁场进行匀速圆周运动。在ざい不ふ考こう虑爱因斯坦的てき狭せま义相对论时，由ゆかり于在磁场中ちゅう回旋かいせん半径はんけい$R=mv/Bq$与あずか速度そくど成なり正せい比ひ，故こ当とう回旋かいせん半径はんけい大だい于回旋かいせん加速器かそくき半径はんけい时，带电粒子りゅうし达到最大さいだい速度そくど。实际上じょう，根ね据すえ狭せま义相对论，带电粒子りゅうし的てき质量随ずい速度そくど的てき增加ぞうか而增加ぞうか，故こ实际应用中ちゅう带电粒子りゅうし的てき回旋かいせん周期しゅうき并非恒つね定じょう。

粒子りゅうし的てき能のう量りょう

由よし于回旋かいせん加速器かそくき中ちゅう的てき粒子りゅうし在ざい电压下か加速かそく过多次じ，粒子りゅうし的てき最さい终能量りょう并不取と决于加速かそく电压，而是取と决于磁场的てき强度きょうど与あずか加速かそく腔（D型がた盒）的てき半径はんけい。传统的てき回旋かいせん加速器かそくき只ただ能のう将はた粒子りゅうし加速かそく至いたり远小于光速こうそく的てき速度そくど（也就是非ぜひ相あい对论速度そくど）。对于非ひ相あい对论粒子りゅうし，当とう$m$是ぜ粒子りゅうし的てき质量，$v$是ぜ粒子りゅうし的てき速度そくど，而$r$是ぜ粒子りゅうし半はん圆形轨迹的てき半径はんけい时，用よう来らい维持其运行ぎょう轨道的てき向こう心力しんりょく$F_{C}$的まと表ひょう达式如下

$F_{c}={mv^{2} \over r}$

上面うわつら的てき向こう心力しんりょく由よし磁场$B$产生的てき洛らく伦兹力りょく$F(B)$提供ていきょう

$F(B)=qvB$（这里的てき$q$是ぜ粒子りゅうし的てき电荷量りょう）

当とう粒子りゅうし的てき运动半径はんけい$r$达到D型がた盒的半径はんけい$R$时，粒子りゅうし获得最大さいだい能のう量りょう。同どう时由$F_{C}$与あずか$F(B)$二に力りょく相等そうとう，可か得とく

${mv^{2} \over R}=qvB$

$v={qBR \over m}$

所以ゆえん，粒子りゅうし的てき输出能のう量りょう是ぜ

$E={1 \over 2}mv^{2}={q^{2}B^{2}R^{2} \over 2m}$

因いん此，对于给定的てき粒子りゅうし，限げん制せい回旋かいせん加速器かそくき输出能のう量的りょうてき因いん素もと是ぜ磁场$B$的てき强度きょうど，由ゆかり于磁铁的铁磁性せい或ある电磁铁的强度きょうど，磁场$B$的てき强度きょうど一般いっぱん不ふ超ちょう过2T，而D型がた盒的半径はんけい$R$则由磁铁的てき极片半径はんけい决定。因よし此回旋かいせん加速器かそくき需要じゅよう十じゅう分ふん巨大きょだい的てき磁铁，最大さいだい的てき磁铁出で现在劳伦斯于1946年ねん制せい造づくり的てき回旋かいせん加速器かそくき上じょう，它拥有ゆう直径ちょっけい4.67米まい的てき磁铁极片。

用途ようと

在ざい过去的てき几十じゅう年ねん间，回旋かいせん加速器かそくき是ぜ核かく物理ぶつり实验中ちゅう最さい好このみ的てき高だか能のう粒子りゅうし源げん；几个回旋かいせん加速器かそくき仍被用よう于进行ぎょう这类研究けんきゅう。这使得とく各かく类实验的结果能のう够用于计算さん，比ひ如计算さん原子げんし间的细微空そら间与各かく种粒子りゅうし对撞产物的てき形成けいせい。在ざい此背景はいけい下か，靶材料りょう的てき化学かがく与あずか粒子りゅうし分析ぶんせき能のう够给与あずか我わが们研究けんきゅう核かく子こ变化与あずか靶材料りょう的てき机つくえ会かい。

參まいり見み

• 粒子りゅうし加速器かそくき