加速器（accelerator）是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、α粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，像γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。环形加速器的环形运行轨道可以让带电粒子反复通过同一加速间隙，当在间隙上加载与粒子回旋周期同步的射频电场时，粒子能量将能够得到多次增长。

中文名：环形加速器

外文名：Ring accelerator

一级学科：工程技术

二级学科：能源工程

加速器：把带电粒子加速到较高能量的装置

特点：运行轨道为环形

加速器（accelerator）是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、α粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，像γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。当前世界上的加速器大多是能量在100兆电子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等。数年来还利用加速器原理，制成各种类型的离子注入机。以供半导体工业的杂质掺杂而取代热扩散的老工艺。使半导体器件的成品率和各项性能指标大大提高。很多老工艺不能实现的新型器件不断问世，集成电路的集成度因此而大幅度提高。

自从E.卢瑟福1919年用天然放射性元素放射出来的a射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后，物理学家就认识到要想认识原子核，必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有几兆电子伏特（MeV），天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高，但是粒子流极为微弱，例如能量为1014电子伏特（ eV ）的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个，而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量，难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究，几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器，性能不断提高。应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素，并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，促使原子核物理学迅速发展成熟起来；高能加速器的发展又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子，建立粒子物理学。近20多年来，加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展；其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。

典型的环形加速器

环形运行轨道可以让带电粒子反复通过同一加速间隙，当在间隙上加载与粒子回旋周期同步的射频电场时，粒子能量将能够得到多次增长。典型的环形加速器如图所示。Cyclotron和Microtron通常称为回旋加速器，利用恒定的偏转磁场引导粒子束的偏转，利用恒定的射频电场对粒子进行加速，其中，Cyclotron通常用于加速离子，Microtron用于加速电子。回旋加速器中粒子的回旋半径随能量增长而增大，其能量极限主要由偏转磁铁体积决定，能量通常较低。现有的高能加速器基本都为同步加速器(Synchrotron)，其偏转磁场强度随加速粒子的动量增加而同步增长，粒子运动在稳定的回旋轨道上，由于偏转磁铁可以分解为多个部分，其偏转半径可以设计的非常大，从而大幅提高了加速能量的上限。同步的含义有两层，一是粒子能量的增长要和偏转磁场强度的增长同步，二是射频场频率要和粒子的回旋频率同步，这要求同步加速器的偏转磁场强度、射频场强度和频率都要在一定范围内随时间进行精确的调整。

1976年，前苏联科学家Kumakhov发现了沟道辐射，同年，Tsyganov预言了可以利用弯晶来控制带电粒子。1979年，前苏联DUBNA联合核子研究所的科学家们在实验上首次发现了弯晶沟道现象，并与欧洲核子研究中心(CCERN)和彼得堡的科学家一道对这一现象进行了理论研究。1984年，DUBNA首次实现了对能量为1 GeV的质子束偏转。1996年，俄国高能物理研究所(IHEP)的科学家们实现了对能量为70 GeV质子束的控制;同时，CERN实现了对能量为120和450 GeV质子束的偏转；而美国费米国家实验室(Fermilab)实现了更高能量(900 GeV)的质子束控制。

多年来，弯晶的束流控制技术得到了迅速的发展。早在1989年，IHEP就把这一技术纳入了它的科学发展规划，并在1996年，成功引出能量为70 GeV的质子束时，引出效率达到了85%，而束流强度也达到

particles; 2009年10月投入运行的欧洲粒子加速器LHC也利用了这一引出技术。事实证明，利用弯晶控制正的带电粒子是非常有效的，只需在束流通道上放上一定长度的常曲率弯晶或变曲率弯晶即可实现对束流的准直、切割、偏转和引出等。

范丽仙等在经典力学框架内和偶极近似下，引入正弦平方势，把粒子在弯晶中的运动方程化为具有固定力矩的摆方程。利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了系统的相平面特征。导出了弯晶的最大偏转能量、退道系数和退道长度。计算结果表明，对于曲率半径为1 m，能量为1.0 GeV的质子，Si （110）面沟道的引出效率为7000;对于MeV范围的粒子，退道长度大约是微米量级;对于TeV范围的粒子，退道长度可达1 m以上。

当列车行驶速度超过400 km /h后，会产生巨大的气动阻力、振动和噪声，不适宜载人运输，为了克服空气阻力及传动摩擦带来的影响，进一步提高列车的行驶速度，于是将真空管道与磁浮列车结合在一起形成了真空管道磁浮交通系统，该系统最早由美国佛罗里达的机械工程师戴睿·奥斯特研究设计并申请了专利(美国专利号:5950543) 2006年初，西南交通大学以超导与新能源研究开发中心(以下简称超导中心)和电气学院为依托，组建“磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室”，开始了真空管道交通运输系统的实验探索研究，真空管道磁浮交通优势在于具有快速(理论速度可达第一宇宙速度)、方便、节能、安全和现实可行等特点。

为了使单边长初级直线电机初级便于安装和维护，对电机初级进行分段加工组装，当电机采用双层绕组时，其半填充槽可以通过相邻初级段进行互补级联，为了提高整个加速系统的效率和功率因素，降低系统对电源容量的要求，对直线电机进行分段并联供电控制，通过传感器检测列车的位置，对列车行驶经过的直线电机单元段进行供电控制，周大进等将供电部分的单元段认为是直线电机的有效部分，其它未供电定子铁心仅作为电机的边界，这样的分段供电单边长初级直线电机就可以等效为一个与列车保持相对静止，而沿着圆环形侧挂双轨做高速环形运动的加速器。