同步加速器必须具有的功能使带电粒子作回旋运动使粒子束在回旋过程中聚焦使带电粒子在回旋过程中加速同步加速器：从直线加速器出来的带电粒子围绕着一个固定的圆形轨道作回旋运动，并在回旋中加速，直至达到预期的能量。具备功能第一节概述•为使从直线加速器中出射的带电粒子(如电子)在储存环中作回旋运动，必须不断的改变电子的速度方向，这个任务由二极磁体来完成。•由二极磁体产生磁场，在磁场中运动的电子受到一个洛仑兹力从而作圆周运动。(1)使带电粒子作回旋运动二极磁铁•
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加速器时要使带电粒子在稳定的“封闭轨道”上运行，粒子会在封闭轨道的附近运动，而不会愈来愈偏离它，这个任务由四极磁铁承担。•四极磁铁分为径向聚距和轴向聚焦两种，两者交替安放，以达到横向聚焦的要求。(2)使电子束在回旋过程中聚焦四极磁铁•为了使电子在回旋过程中加速，整个磁铁系统由若干段磁铁组成，各段磁铁之间留有空隙，叫直线节，在那里没有磁扬，加速设备就安排在那里。•电子的动能的增长率必须和主导磁感应强度的变化率保持一定的关系，以保持电子在恒定的轨道上运动。(3)使电子在回旋过程中加速发展历史1.40年代，回旋~20MeV，电子感应~20MeV1945年提出自动稳相原理（维克斯勒尔、麦克米伦）46年建成稳相加速器，但铁重太大，加工难度大、成本高同步加速器，取稳相和环形之所长47年电子同步美国GE70MeV52年质子同步美国BNL3GeV1GeV电子同步加速器磁铁排列2.1952年提出强聚焦原理59年强聚焦质子同步CERN28GeV71年分离作用强聚焦质子FNL500GeVMcMillan提出的同步加速原理，于1949年应用在一台名为Synchrotron的电子加速器上。同步加速器的发展50年代末制造了几台1GeV的弱聚焦电子同步加速器，由于电子同步辐射损失大而限制了它的发展。1947年由美国原子能委员会支持伯克利实验室和布鲁海汶国家实验室分别设计质子同步加速器，1948年开始建造。1954年伯克利建成最高能量达6.4GeV的加速器(Bevatron)，铁重13000吨。1952年布鲁海汶建成，能量2.3GeV。宇宙射线能级加速器(Cosmotron)，54年，能量达到3.0GeV，铁重2000吨Cosmotron是人类第一台能量达到宇宙线能级的加速器。1弱聚焦同步加速器最大弱聚焦质子同步加速器（前苏联杜布纳，58年）能量：10GeV轨道半径：28m真空盒：150x40cm2磁场对数梯度n=0.65磁铁重：36000吨建设时间：10年验证宇宙射线核作用多重产生现象：一次核作用产生很多末态粒子1960年王淦昌在苏联发现反西格玛负超子1952年美国科学家柯隆(E.D.Courant)、李温斯顿(M.S.Livingston)和史耐德(H.S.Schneider)发
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了强聚焦原理的论文，使加速器有了向更高能量发展的可能。欧洲人发现共振损失。但只要仔细设计磁铁聚焦系统排列方式和严格控制n值的公差，问题是可以避免。2.强聚焦同步加速器1960年美国布鲁海汶自身也建成一台33GeV同步加速器(习惯称为AGS)，用铁3400吨。科学家们利用AGS开展物理实验，其中有四项实验结果获诺贝尔物理奖。CERN于1959年建造第一个强聚焦质子同步加速器(PS)，铁量3000吨，为原
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的十分之一，能量达28GeV。李政道和杨振宁1956年在BNL工作期间，成功地解释了在BNL的COSMOTRON加速器上所做粒子衰变实验的结果，发现宇称守恒破坏，荣获1957年诺贝尔物理奖。1974年丁肇中利用BNL的AGS加速器开展物理实验，与在SLAC加速器上开展实验的里克特同时发现粲夸克，被授予1976年诺贝尔物理奖。AGS周长约800米，由240个磁铁节组成，值大于300。两个n为正(F)，两个n为负(D)的磁铁组成一个结构周期，中间为安装各种功能部件分别插入两个直线段(O)，由一台200MeV质子直线加速器作注入器。nAGS1972年美国费米国家实验室只用了AGS一半的钱，建成了(400GeV)强聚焦加速器(Tevatron)，直径2公里，建在深6米的地下隧道内，耗资达到2.5亿美元。该加速器的1000块超导磁铁由液氦冷却，使温度达到摄氏零下268度，其低温冷却系统在1983年投入运行时为加速器历史上历来建造的最大的低温系统1983年7月，Tevatron能量倍增器产生了第一个能量为512GeV的束流。1976年欧洲核子研究中心(CERN)建成400GeV的机器，称为SPS，加速器主环直径约为2km。耗资达到3.5亿美元超级质子同步加速器SPS(SuperProtonSynchrotron)1971年开始建造，1976年完工（右图为SPS隧道）。它的最大能量可达400GeV，它的主加速器平均直径达2200米。6.9km,CERN质子同步加速器的隧道,蓝色的磁铁聚焦，而且红色的磁铁转向•FNALTevatron(1TeVp)–CW(750keV):Linac(200MeV):Booster(8GeV):MainInjector(120GeV):TevatronRingTevatron同步加速器分类1.电子、质子、重离子2.弱聚焦组合作用四极透镜强聚焦分离作用－零梯度边缘聚焦3.用途：对撞机同步辐射放疗（质子、重离子）储存环散裂中子源增强器(1)弱聚焦同步加速器(2)交变梯度强聚焦同步加速器主导磁铁同时承担偏转和聚焦两种功能InjectionR.F.FocusingelementsDipolesFermilabquadrupole(3)分离作用强聚焦同步加速器分离作用强聚焦同步加速器高能加速器组合
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