電子迴旋加速器

電子迴旋加速器是一種粒子加速器。迴旋加速器通過高頻交流電壓來加速帶電粒子。大小從數英吋到數米都有。它是由歐內斯特·勞倫斯於1929年在柏克萊加州大學發明。

早期的電子迴旋加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一次，因而粒子所能達到的能量受到高壓技術的限制。為此，象R. Wideröe等一些加速器的先驅者在20年代，就探索利用同一電壓多次加速帶電粒子，併成功地演示了用同一高頻電壓使鈉和鉀離子加速二次的直線裝置，並指出重複利用這種方式，原則上可加速離子達到任意高的能量（實際上由於受到狹義相對論影響，實際只能加速到25-30MeV）。但由於受到高頻技術的限制，這樣的裝置太大，也太昂貴，也不適用於加速輕離子如質子、氘核等進行原子核研究，結果未能得到發展應用。 ^[2] 

電子迴旋加速器的主體結構是安放在兩個磁極之間的一個扁圓盒形真空室。圖2所示為電子迴旋加速器的結構示意圖。這種加速器是利用恆定的磁場和高頻電場，使電子沿具有公切點的逐漸加大的圓運動，當電子被加速到所需要的能量時，從圓周軌道將電子引出，使其撞擊在靶上產生x射線。電子迴旋加速器的能量可在較寬的範圍變化，能量的分散度小，焦點尺寸也小，束流強度比較大，束流的準直性好。

在普通迴旋加速器裏，隨着粒子能量的增加，迴旋週期也逐漸增大，從而引起粒子加速相角的改變．加速到一定能量以後，粒子的相角就移到減速區域，不能繼續被加速．電子的靜止能量很小，相移現象更為顯著，所以在普通迴旋加速器裏，不能把電子加速到較高的能量(如數兆電子伏左右)．但是，如果適當地選擇加速器的參數，就有可能利用在大致均勻的磁場裏電子迴旋週期隨能量改變很大的特點，來建造一種加速電子的迴旋加速器，這就是電子迴旋加速器。

在這種加速器裏，加速電壓頻率固定不變，隨着能量的增加，電子的迥旋週期也逐漸增大．適當地選擇加速器的參數，使得每加速一次電子迥旋週期的增加量恰好是加速電壓週期的整數倍，因而起始條件滿足諧振加速要求的電子，在每一次加速後，相角都增大2π的整數倍，從諧振加速的觀點來看，等於電子沒有發生相移，電子可以在固定的相角上繼續加速，只是倍增係數逐漸增大．這種加速原理是1944年提出來的。 ^[3] 

電子迴旋加速器採用諧振腔作它的加速設備，加速電壓的頻率很高，波長在10釐米以下．這樣每加速一次，電子迴旋週期的增加量才能等於加速電壓週期的整數倍。諧振腔安裝在磁場的可用範圍的邊緣，主導磁場是恆定的，大致均勻分佈。電子從裝在諧振腔裏面的陰極發射出來(或者利用附加設備入射到諧振腔裏面去)，開始被加速．隨着電子能量的提高，軌道半徑也逐漸增大，這些半徑逐漸增大的軌道都以諧振腔的加速間隙作它們的公切點，

圖3所示是在迴旋加速器裏電子軌道分佈情況的示意圖。電子每回旋一圈，就加速—次，所以只要粒子迴旋週期等於加速電壓週期的整數倍，就有可能進行諧振加速。如果粒子的起始迴旋週期等於加速電壓週期的整數倍，並且每加速一次迴旋週期的增加量也等於高頻週期的整數倍，諧振加速條件就能被滿足。在不同相角下通過加速間隙的粒子的能量增加量是不相同的，迴旋週期的增長量也不相同。所以，並不是所有的電子都能嚴格地滿足諧振加速條件，不過由於有自動穩相現象，很多非嚴格同步的電子，也能被加速到最終能量。

①電子迴旋加速器能量的穩定度和精確度高，能大範圍、連續、精細地調節能量，且在調節流強時可以保持能量不變。②電子迴旋加速器可採用與電子直線加速器相同的微波功率源，卻能將電子能量加速到電子直線加速器的2倍以上。③磁場與電子軌道的調整比較麻煩。電子迴旋加速器有多個磁鐵，設備質量大，軌道所佔空間較大。