[科普中國(guó)]-正弦回旋加速器

回旋加速器是一種粒子加速器?；匦铀倨魍ㄟ^(guò)高頻交流電壓來(lái)加速帶電粒子。而正弦回旋加速器就是交流電源為正弦電流的回旋加速器。它的大小從數(shù)英寸到數(shù)米都有。許多原子核、基本粒子的性質(zhì)有關(guān)的資訊，均是利用高能粒子轟擊原子靶（atomic target）而獲得的。1932年，約翰·柯克勞夫與歐內(nèi)斯特·沃吞在英國(guó)制造了第一臺(tái)“原子擊破器”（atom smasher）。他們乃是利用700,000V的高電壓對(duì)質(zhì)子加速，然后再拿它們轟擊鋰靶。1

他們采用的方法雖然較為野蠻，但確實(shí)是建構(gòu)出了這么個(gè)高電壓。在1929年時(shí)，勞倫斯就已經(jīng)考慮過(guò)這種可能性：將粒子重復(fù)地經(jīng)由一“相對(duì)小電壓”做加速，而不是一次就用一個(gè)巨大電壓去做加速。他于是與李明斯頓（M.S.Livingston）合作，發(fā)展出了回旋加速器（cyclotron）。第一部回旋加速器建于1930年，稍后的改良則于1934年完成。

正弦回旋加速器的機(jī)理回旋加速器的基本構(gòu)成是兩個(gè)處于磁場(chǎng)中的半圓D型盒和D型盒之間的交變電場(chǎng)。帶電粒子在電場(chǎng)的作用下加速進(jìn)入磁場(chǎng)，由于受到洛倫茲力而進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)，每運(yùn)動(dòng)到兩個(gè)D型盒之間的電場(chǎng)時(shí)在電場(chǎng)力作用下加速，之后再次進(jìn)入磁場(chǎng)進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在不考慮愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論時(shí)，由于在磁場(chǎng)中回旋半徑與速度成正比，故當(dāng)回旋半徑大于回旋加速器半徑時(shí)，帶電粒子達(dá)到最大速度。實(shí)際上，根據(jù)狹義相對(duì)論，帶電粒子的質(zhì)量隨速度的增加而增加，故實(shí)際應(yīng)用中帶電粒子的回旋周期并非恒定。

設(shè)帶正電的粒子前一次向右經(jīng)過(guò)向右的電場(chǎng)，粒子加速，回旋半個(gè)周期后，粒子又向左經(jīng)過(guò)電場(chǎng)，如果電場(chǎng)的變化周期與回旋的周期相等，這段時(shí)間等于電場(chǎng)變化的半個(gè)周期，此時(shí)電場(chǎng)方向向左，帶正電的粒子這一次向左經(jīng)過(guò)向左的電場(chǎng)，粒子剛好又能夠加速。半個(gè)周期后電場(chǎng)方向與原來(lái)相反，原來(lái)向右，半個(gè)周期后變?yōu)橄蜃?。如：正弦交流電壓，某時(shí)刻為正向最大值，半個(gè)周期后就是負(fù)向最大值。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)