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同步回旋加速器（同步回旋加速器）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-16

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同步回旋加速器

同步回旋加速器，是為克服經(jīng)典回旋加速器的極限能量的限制而發(fā)展起來的回旋式加速器。

基本信息

外文名	synchrocyclotron
特性	克服回旋加速器極限能量的限制
別稱	穩(wěn)相加速器、調(diào)頻回旋加速器
機制	自動穩(wěn)相原理

正文

又稱調(diào)頻回旋加速器或穩(wěn)相加速器，它是為克服經(jīng)典回旋加速器的極限能量的限制而發(fā)展起來的回旋式加速器。同步回旋加速器采用調(diào)頻技術(shù)，在加速過程中，使加速電場的頻率跟隨粒子的回旋頻率同步下降，以此保持諧振加速條件。它在結(jié)構(gòu)上同經(jīng)典回旋加速器非常相似。主要區(qū)別是它在 D形電極共振回路中使用可變電容器，以實現(xiàn)頻率的調(diào)變。頻率調(diào)變的幅度一般在2:1左右，調(diào)制的重復(fù)頻率約60～100Hz。

在調(diào)變加速場的頻率時，實際上只有某種所謂“同步”粒子準確滿足諧振加速條件，其他粒子則不能嚴格滿足。但是加速器中存在著一種稱為“自動穩(wěn)相”的機制。它是由Β.И.韋克斯勒和E.M.麥克米倫各自在1944～1945年提出的，稱為自動穩(wěn)相原理。它保證同步粒子周圍有一群粒子穩(wěn)定地得到加速。當(dāng)非同步粒子的相位嗞因某種原因小于同步粒子的相位嗞s（設(shè)能量W 等于同步粒子的能量Ws）時，它將獲得較大的加速，從而周期變長，在以后的加速中嗞不斷增大，直到嗞＞嗞s；而嗞一旦大于嗞s，粒子在加速中獲得的能量就比同步粒子小，于是周期開始減小。嗞繼續(xù)增長到某最大值（此時W＝Ws）后，開始變小。如此往復(fù)，使非同步粒子的相位嗞保持在嗞s的附近作穩(wěn)定的相振蕩。只要非同步粒子的能量以及進入電場時的相位都與同步粒子足夠靠近。它們可以一直保持在同步粒子的周圍作穩(wěn)定的相振蕩，并獲得與同步粒子相同的平均能量增益。附圖定性地表示了這種加速過程中非同步粒子的能量(W)和相位(嗞)圍繞同步粒子變化的情況。其他遠離同步的粒子，不能被加速器所“俘獲”，在調(diào)變頻率的一個周期內(nèi)，只提供一個束流脈沖。

同步回旋加速器

采用頻率調(diào)變不再可能連續(xù)加速粒子，加速得的束流是脈沖束，平均電流通常在幾微安以下，僅為經(jīng)典回旋加速器的0.1％～1％。它提高了加速粒子的能量（每粒子能量可達幾百乃至上千兆電子伏）。但限制了束流的強度。這個缺點后來被不變頻率的新型回旋加速器(見扇形聚焦回旋加速器)所克服。另外，由于磁鐵重量近似同能量的三次方成比例，能量增大時磁鐵迅速變大，結(jié)果建造大磁鐵的經(jīng)濟性成為新的限制。為了克服這個困難，在高能范圍，一般采用具有環(huán)形磁鐵的同步加速器結(jié)構(gòu)（見粒子加速器）。

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