質子直線加速器

1982年底，我國第一台自行設計、自行製造的質子直線加速器在中國科學院高能物理研究所建成，並在當年12月17日首次引出能量為1000萬電子伏特的質子束流。這台加速器建成後，中國科學院高能物理研究所又將之進一步擴建，使其能量達到3500萬電子伏特，成為我國目前能量最高、流強最大的一台質子加速器。

直線加速器是粒子加速器家庭的重要成員。它的優點是束流強度高、粒子注入和引出容易、可以分期分段建造、逐步提高最終能量.電子直線加速器除了用於科學研究外，還在工業、醫療等領域獲得廣泛的應用.與其相比,質子直線加速器由於價格較貴，它的應用受到限制.近年來由於科學技術的發展，人們對質子直線加速器的興趣日益增加，特別是對於強流質子直線加速器和小型質子直線加速器。這也是質子直線加速器發展的兩個重要方向。強流質子直線加速器和小型質子直線加速器看起來完全相反，實際上有着不少共同點：

（1）兩者都要採用一些新的加速結構，特別是中能區。

（2）兩者都要求加速高質量質子束(規一化發射度0.1— 0.2πmm.mrad左右)。對於強流加速器這是為了儘量減少束流損失以避免產生較強的放射性。而對於束流通道很細的S波段直線加速器，發射度較大的質子束根本不可能通過。

（3）用於核能和醫療的加速器一旦發生故障會造成重大損失，因此它們應該具有較高的可靠性、可利用率、可維修性和可檢測性。 ^[1] 

強流質子直線加速器按其束流時間結構可分為連續束和脈衝束兩類。連續束強流質子直線加速器主要用於核能領域，如嬗變核廢料、增殖核燃料、提供潔淨核能等，建造難度極大。目前美國、西歐和日本都在進行研究工作。脈衝束強流質子直線加速器主要用於高通量脈衝散裂中子，它是有重要價值的科學研究裝置，主要利用中子散射研究凝聚態物理。目前美國準備建造的NSNS(National Spallation Neutron Source)和西歐計劃建造的ESS(European Spallation Source)均屬此類。為了獲得幾十安培的窄脈衝束，需要在直線加速器後設置一個積聚環(Accumulator)。從直線加速器引出的負氫離子束被注入積聚環，在注入時負氫離子被剝離為質子。直線加速器束流脈衝寬度約1ms，可以注入約一千圈，然後一次引出送到重核靶上。強流質子直線加速器還可用於其他方面。例如利用質子束打靶時產生的π介子及其衰變產物μ介子和中微子進行粒子物理和核物理的研究(如中微子振盪等)，在武器研究方面也有多種用途。

小型質子直線加速器主要用於質子治療.。90年代初美國Hamm，Grandall等人首先提出利用S波段直線加速器進行質子治療的建議。利用S波段邊耦合直線加速器獲得毫米質子束，可以使用醫用電子直線加速器現成的高頻技術,我們也對此進行了研究。除質子治療外，這種加速器還可用作材料科學和生命科學研究。