电子感应加速器是应用感生电场加速电子的装置。
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在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室,当用交变电流激励电磁铁时,在环形室内就会感生出很强的、同心环状的感生电场。用电子将电子注入环形室,电子在有旋电场的作用下被加速,并在洛仑兹力的作用下,沿圆形轨道运动。
电子感应加速器
设在以r为半径的圆形区域中的磁场的空间平均值为,则所在处的感生电场强度大小为 电子受切向电场力而加速,在圆环内的运动方程为
电子还受到指向环心的磁场洛仑兹力将上式微分并与电子运动方程比较,得到
这是使电子维持在恒定的圆形轨道上加速磁场必须满足的条件。在电子感应加速器的设计中,两极间的空隙从中心向外逐渐增加,为的是使磁场的分布能满足这一要求。
由于电子感应加速器的电磁铁是用交流电激励,所以磁场是交变的,从而导致有
旋电场的方向也是交变的,而且电子受到的洛仑兹力也并非总是指向圆心。因此,在电流交变的一个周期中,不是所有的时间内电子都可以得到加速。左图表示了一个周期内磁场、感生电场及电子受到的洛仑兹力的变化。我们可以看到,只有在第一个四分之一周期内,电子才受到感生电场的加速,并且洛仑兹力的方向指向圆心。
实际上,若交流电的周期为50Hz,则在磁场变化的第一个四分之一周期(约5ms的时间)内,电子就能在感生电场的作用下,在圆形轨道上经历回旋数十万圈的持续加速,从而获得足够高的能量,并在第一个四分之一周期结束时被引出加速器至靶室。
加速器的种类很多,用途也不同,有静电加速器、电子回旋加速器、电子感应加速器、同步辐射加速器……等等。电子感应加速器主要用于核物理的研究,用被加速的电子轰击各
种靶时,将发出穿透力很强的电磁辐射。另外电子感应加速器还应用于工业探伤或医疗癌症。目前,我国最大的三个加速器是北京的高能粒子加速器、合肥的同步辐射加速器、兰州的重离子加速器。
北京正负电子对撞机的储存环
直径2km的美国费米国立加速器鸟瞰图
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加速器的种类很多,用途也不同,有静电加速器、电子回旋加速器、电子感应加速器、同步辐射加速器……等等。电子感应加速器主要用于核物理的研究,用被加速的电子轰击各种靶时,将发出穿透力很强的电磁辐射。另外电子感应加速器还应用于工业探伤或医疗癌症。目前,我国最大的三个加速器是北京的高能粒子加速器、合肥的同步辐射加速器、兰州的重离子加速器。