电子感应加速器是利用感生电场来加速电子的一种装置。在电磁铁的两极间有一环来自形真空室,电磁铁受交变电流激发,在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、并具适七顾名味有对称分布的交变磁场,这个交变磁场又在真空室内激发感生电场,其电场线是一系列绕磁感应线的同心圆,这时,若用电子枪把电子沿切线方向射入环形真空室,电子将受到环形真空室中的感生电场E的作用而被加速,同时,电子还受到真空室所在处磁场的洛伦兹力的作用,360百科使电子在半径为R的圆形轨道上运动。
利用交变磁场感生的涡旋电场(又称感生电场)加速电子的装置。
电子感应加速器早在1932年J.斯莱皮恩就提出来自利用感应电场加速电子的想法,接着也有不少人进行了这方面的研究,但360百科他们都没有成功,直到1940年D.W.克斯特解决了电子轨道的稳定问题以后,才建成了第一台电子感应加速器,把电子加速到2.3MeV。随后这种加速器发展得很快衣不轴,1942年建成了20故胶较争总另音MeV的电子感应加速器,1945年建成了100MeV的电子感应加速器。
在电子感应加速器的示意图中,磁轭和磁极均用硅吸环找备温斯概强情范然钢片制成。在上下圆形磁极间的气隙中放置用优质玻璃或陶瓷材料做成的环形真空盒。在真空盒内,需要保持Torr的真空度。当电磁铁绕组通以交变电流,产生交变磁场时,在真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化,这时真空盒空间内也就产生感应涡旋电场。因磁场分布是轴对称的,所以感应电问片打跳掉损场的电力线是闭合的同心圆族,其中一条同真空盒轴线相一致。如果用电子枪沿电力线方向将电子注入到真空盒内,那么这些电子将在涡旋电场作用下得到加速。
电子感应加速器理论证明,要使电子在不断增长的磁场中沿着一个半径不变的圆形轨道加速运动,必须保持该轨道所包围的面积内的平械晶黑向立沙均磁感应强度
电子感应加速器为轨道上的磁感应强度Bo(t)的二倍,即
电子感应加速器=2Bo(t久室红胡孩委阶命投关求),
这一条件称做电子感应加速器条件,或“2比1条件”。满足这一条件的圆形轨道称为平衡轨道,真空盒的轴线设计得同平衡轨道相重合杂喜灯令球圆零适喜。
理论还证明,如果在岁平衡轨道附近的磁场分布满足
电子感应加速器,
则这一平衡轨道是稳定的。式中n是常数,通常称为磁场降落指数,或场指数;讲ro是平衡轨道的曲率半径;B(r)是轨道曲率半径为r处的磁感应强度,这就是说围绕该平相战微试哥艺银段空太天衡轨道存在着轴向和径征马路向的聚焦力。由于这一聚焦力的作用,偏离平衡轨道的电子会被拉回平衡轨道,并围绕平衡轨道作振荡运动。其振幅随着电子能量的增加而减少。这种振荡运动通常叫做电子感应加速器振荡或者叫自由振荡。
在磁场由弱变强的增长过程中,电子在真职场空盒里可回转几兆圈,被加速而获得几兆电子伏甚至上百兆电子伏的能量。磁放抗威胡衣张国失果料操场增长到最大值后下降,由强变弱恢复到初始值;这时间内它所产生的涡旋电场方向同电子运动方向相反。因此,应当在电场改变方向之前就把电子引出来;或使高能电子打在钨、铂等金推台果属靶上,通过轫致辐射产生γ射线。可见,电子感应加速器的射线输出是脉冲式的,每秒钟的脉冲数就等于交变磁场的频率。
电子感应加速器的能量上限,取决于电子沿圆形轨道运动时受到较大的向心加速作用而产生的能量辐射损失。这种辐射损失,是随电子能量的四次方迅速增长的。只有采取特殊措施来补偿装掌笑织响判哥这一能量损失,才能维持电子的轨道半径不变,使电子能量进一步提高。不过,在电子感应加速器中补偿起来比较困难,所以用感应加速器方法很难把电子加速到感米把吃挥什外责府岩很高能量,到目前为止,这种加速器所达到的最高能量是315MeV。
另一方面,由延于电子的能量正比于 Bo主想视社·ro值,而Bo值受一定条件的限制,所以要继续提高能量便需要更大的电磁铁以加大Ro值,致使造价随能量的2~3次方增加。因此,需要很高能量的电子束时,一般选用电子同步加速器或电子直线加速器。
当能量在数十兆电子伏以下时,电子感应加速器具有容易制造、便于调整使用,价格较便宜等优点。所以在国民经济的各方面被广泛采用。主要用于工业γ射线探伤和射线治疗癌症(利用电子或γ射线)等方面。世界上已有一百多台这种加速器在工作着,其中大多数的能量都在 20~30MeV以下。中国生产的工业探伤和医用电子感应加速器的能量为25MeV。
电子感应加速器也可以用来进行低能光核反应的研究,并可作活化分析及其他方面的辐射源。
电子感应加速器的电子流强度比较小,平均电子流一般不超过微安数量级;γ射线强度也比较弱,一般离靶1m处约50~100R/min。
近年来发展的轻便的电子直线加速器的射线强度比较大,有后来居上的趋势。
在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室,当用交变电流励磁电磁铁时,在环形室内就会感生出很强的、同心环状的有旋电场。用电子枪将电子注入环形室,电子在有旋电场的作用下被加速,并在洛伦兹力的作用下,沿圆形轨道运动。由于磁场和感生电场都是交变的,所以在交变电流的一个周期内,只有当感生电场的方向与电子绕行的方向相反时,电子才能得到加速。因而,要求每次注入电子束并使它加速后,在电场尚未改变方向前就将已加速的电子束从加速器中引出。由于用电子枪注入真空室的电子束已经具有一定的速度,在电场方向改变前的短短时间内,电子束已经在环内绕行几十万圈,并且一直受到电场加速,所以,可以获得能量相当高的电子。例如一个100 MeV的电子感应加速器,能使电子速度加速到0.999986c 。这里,c是光在真空中的速度。
味过百热当能量在数十兆电子伏以下时,电子感应加速器具有容易制造、便于调整使用,价格较便宜等优安普争刚鸡请再扬点。所以在国民经济的各方面被广泛采用。主要用于工业γ射线探伤和射线治疗癌症(利用电子或γ射线)等方面。世界上已有一百多台这种加速器在工作着,其中大多数的能量都在 20~30MeV以下。中国生产的工业探伤和医前犯院纪用电子感应加速器的能量为25MeV。
电子感应加速器也可以用来进行低能光核反应的研究,并可作活化分析及其他方面的辐射源。
电子感应加速器的电子流强度比较小,平均电子流一般不超过微安数量级;γ射线强度也比较弱,一般离靶1m处约50~100R/报袁药植皇亚旧min。
近年来发展的轻便的电子直线加速器的射线强度比较大,有后来居上的趋势。
徐建铭编著来自:《加速器原理》,修订版,科学出版社,北京,1981。
M. S. Livingston and J. P. Blewett, particleAccelerators,McGraw-Hill, New 江乱York,1962.
熊谷宽夫等著:《加速器》,共立出版,东京,1975。