[科普中國(guó)]-強(qiáng)子電子環(huán)加速器

強(qiáng)子電子環(huán)加速器又稱強(qiáng)流電子加速器，是指用于強(qiáng)流電子加速的裝置。

背景強(qiáng)流相對(duì)論加速器在高科技領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，是核爆模擬、熱核聚變等研究的關(guān)鍵設(shè)備，Sandia實(shí)驗(yàn)室Z裝置的功率已達(dá)290TW。國(guó)內(nèi)在強(qiáng)流加速器領(lǐng)域的研究也很活躍。隨著高功率微波（HPM）的發(fā)展，國(guó)防科技大學(xué)建造了一系列針對(duì)HPM應(yīng)用的加速器，其基本參數(shù)滿足與HPM源相匹配，并力求簡(jiǎn)單緊湊，已具備低阻抗（小于10歐姆）的水線加速器和高阻抗（大于10歐姆）油線加速器數(shù)臺(tái)。2003年為支持中高阻抗微波源的研究，在基于原來(lái)廢棄的Tesla型加速器上，改建成Spark 05強(qiáng)流電子束加速器。

強(qiáng)流電子束流強(qiáng)度達(dá)幾十萬(wàn)以至上百萬(wàn)安培的束流。它比通常加速器的束流密度高幾萬(wàn)倍以至幾十萬(wàn)倍。20世紀(jì)60年代初期，由于模擬核爆炸條件下γ射線輻照效應(yīng)和X射線照相的需要，強(qiáng)流脈沖電子束加速器得到了迅速發(fā)展，70年代后，由于粒子束慣性約束聚變、電子束抽運(yùn)氣體激光器、電子束產(chǎn)生高功率微波等研究工作的要求，研制了低電壓大電流的電子束加速器，并在這些技術(shù)的基礎(chǔ)上獲得了強(qiáng)流脈沖離子束。

電子加速器在電磁鐵的兩極間有一環(huán)形真空室，電磁鐵受交變電流激發(fā)，在兩極間產(chǎn)生一個(gè)由中心向外逐漸減弱、并具有對(duì)稱分布的交變磁場(chǎng)，這個(gè)交變磁場(chǎng)又在真空室內(nèi)激發(fā)感生電場(chǎng)，其電場(chǎng)線是一系列繞磁感應(yīng)線的同心圓，這時(shí)，若用電子槍把電子沿切線方向射入環(huán)形真空室，電子將受到環(huán)形真空室中的感生電場(chǎng)E的作用而被加速，同時(shí)，電子還受到真空室所在處磁場(chǎng)的洛倫茲力的作用，使電子在半徑為R的圓形軌道上運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)用感應(yīng)電場(chǎng)加速電子的電子感應(yīng)加速器( betatron ) ，是感生電場(chǎng)存在的最重要的例證之一。早在1932年J.斯萊皮恩就提出利用感應(yīng)電場(chǎng)加速電子的想法，接著也有不少人進(jìn)行了這方面的研究，但他們都沒有成功，直到1940年D.W.克斯特解決了電子軌道的穩(wěn)定問題以后，才建成了第一臺(tái)電子感應(yīng)加速器，把電子加速到2.3MeV。隨后這種加速器發(fā)展得很快，1942年建成了20MeV的電子感應(yīng)加速器，1945年建成了100MeV的電子感應(yīng)加速器。1

Spark 05加速器圖為Spark 05加速器的結(jié)構(gòu)示意圖。其主要由Marx發(fā)生器、油介質(zhì)Blumlein型脈沖形成線和真空二極管等3

部分組成，全長(zhǎng)7m。Blumlein形成線的主開關(guān)位于圖中形成線的左邊，在二極管和形成線內(nèi)筒右端之間為預(yù)脈沖開關(guān)和接地電感。

真空界面實(shí)際上包括液體、固體及固體、真空2個(gè)界面，界面閃絡(luò)一般是加速器輸出電壓的瓶頸，也是設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一。研究表明多個(gè)45度絕緣體和均壓環(huán)沿二極管軸向的絕緣結(jié)構(gòu)能均勻電場(chǎng)分布效果很好但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較大。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李航 - 副教授 - 西南大學(xué)