超導迴旋加速器

隨着粒子能量的提高，粒子的磁剛度越來越大，而通常的常温磁鐵一般只能提供最高約2T的磁場，個別磁間隙很小的加速器可以更高一些。因此，為了得到更高能量的束流，只是進一步增大加速器的半徑，這會導致加速器造價的急劇增加。隨着超導磁鐵技術首先在一種粒子探測器——氣泡室中得到了應用，採用低温超導技術提高迴旋加速器的磁場，在20世紀60年代初就由美國Michigan State University(MSU)的科學家提出來了，但一直到1973年才由加拿大Chalk River實驗室提出了一個正式的迴旋加速器方案，以作為重離子加速器的後加速級，超導迴旋加速器才真正得到國際上的重視，MSU也提出自己的超導重離子迴旋加速器計劃。

由於MSU先於Chalk River得到經費的支持和積極研製，他們在1982年首先建成了世界上第一台超導迴旋加速器，其能量常數為K=500；Chalk River的能量常數為K=520的超導迴旋加速器於1985年建成。之後，MSU又於1988年建成了K=1200的超導迴旋加速器，其他國家和實驗室也在隨後的時間內建成了加速重離子的超導迴旋加速器。

已建造的規模最大的超導迴旋加速器是日本理化所於2006建造的K=2600環形超導迴旋加速器。

超導迴旋加速器的基本原理和常規迴旋加速器的原理是一樣的，但選擇特性參數不同，而且超導磁體的特性參數也與常規磁體不同。 ^[2] 

當帶電粒子沿與 磁力線相垂直的方向進入磁場時，粒子受磁場的作用作圓周運動，其角速度(迴轉運動頻率) 僅決定於磁場強度、粒子帶的電量及其質量。

迴旋加速結構的主要部分是兩個半圓形盒狀電極，又稱D形電極。兩電極間相隔很短距離，裝在密閉的真空室中。真空室安放在上下兩個磁極之間，磁場垂直於D形電極平面，離子源裝在盒的中心。兩D形電極間加上幾十兆赫的高頻交流電壓，使D形電極間產生高頻電場，帶電粒子從離子源發射出來後，即在D形電極間高頻電場的作用下被加速。由於粒子迴旋頻率與速度無關，它每經過半圈就被 交變電場加速一次，使粒子在迴旋運動中不斷地得到加速。

迴旋加速器在加速幾十兆電 子伏能量以下粒子時是一種很好的設備。由於相對論效應，加速粒子的質量隨速度的增大而增大，當粒子質量變大後，其迴轉頻率變小，因而導致迴轉頻率與交變電場的頻率不同步，這就限制了加速粒子的最高能量。通常稱這類迴旋加速器為經典迴旋加速器，它的最高能量限於每核子20兆電子伏。為了提高能量上限，發展了調頻迴旋加速器和等時性迴旋加速器等。

迴旋加速器採用超導磁鐵技術雖然具有很多優勢，但是在設計和建造中，還有不少加速器物理和技術問題需要研究和克服。在20世紀70年代末、80年代初人們開始建造超導迴旋加速器時，超導磁鐵技術的使用還很不普遍，需要克服許多技術上的困難。，包括超導線圈的繞制問題、低温問題、超導體失超保護問題、高精度的裝配問題、非常緊湊空間中的其他設備的設計和安裝問題等。

超導迴旋加速器中其他的技術問題還包括：①引出系統的設計較為困難，一方面由於引出束流的磁剛度很大，要求的靜電偏轉櫪的電壓很高，另一方面狹小的空間對提高靜電偏轉板的耐壓設計製造了困難需要採用特殊的工藝以及採用增加複雜的磁通道來引出束流。②分離扇(環形)超導迴旋加速器的技術設計較緊湊型的更為困難，包括巨大的磁力、磁場屏蔽等。③由於空間非常緊張，對機械設計包括不少傳動元件是個挑戰