什么是环形加速器

什么是环形加速器

什么是环形加速器？

被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，
粒子运行的圆形轨道
是由磁偶极（
dipole magnet
）所粒子加速器控制。和直线加速器
(Linac)
不一样，
环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，
粒子会重复经过圆形轨
道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方式发散出去。

同步辐射是当任何带电粒子加速时，所发出的一种电磁辐射。粒子在
圆形轨道里运动时都有一个向心加速度，
会让粒子持续辐射。
此时必须提供
电场加速以补充所损失的能量。
同步辐射是一种高功率的辐射，
加速器将电
子加速以产生同相位的
X
光。

除了加速电子以外也有些加速器加速较重的离子，如质子，以运作更
高的能量领域的研究。譬如高能物理对于夸克及胶子的研究分析。

最早的环形加速器为粒子回旋加速器，
1912
年由

恩奈斯特
??
劳伦斯
（
en:Ernest O. Lawrence
）所发明。粒子回旋加速器有一对半圆形（
D
形）
的中空盒子，
以固定频率变换电场，
用以加速带电粒子；以及一组磁偶极提
供磁场使运动粒子转弯。
带电粒子从盒子的圆心地方开始加速，
然后依螺旋
状轨迹运动至盒子边缘。

粒子回旋加速器有其能量限制，
因为

特殊相对论效应会使得高速下的
粒子质量改变。粒子的核质比与回

粒子加速器旋频率间的关系因此改变，许多参数需重新计算。当粒子
速度接近光速时，
粒子回旋加速器需提供更多的能量才有可能让粒子继续运
行，而这时可能已经达到粒子回旋加速器机械上的极限。

当电子能量到达约十个百万电子伏特（
10 MeV
）时，原本的粒子回旋
加速器无法对电子再做加速。必须用其它方法，如

同步粒子回旋加速器
和

等时粒子回旋加速器的使用。这些加速器适用于较高的能量，而不用于
较低的能量。