加速器ppt

核科学技术学院第一章绪论第一节加速器的基本构成第二节加速器的发展历史第三节加速器的分类第四节加速器的应用第五节粒子运动参量的相对论表述第一节加速器的基本构成粒子加速器particleaccelerator用人工方法借助于各种不同形态的电场，将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置产生各种高能量的带电粒子束，是人们变革原子核和“基本”粒子、认识物质深层结构的重要工具；在工农业生产、医疗卫生、科学技术、国防建设等各个方面都有重要而广泛的应用。研制各种加速器的目的入射粒子与靶物质作用后产生的粒子或射线探测和 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 这些出射粒子可获得核过程信息。1离子源2加速聚焦3偏转4靶物质加速器人工方法产生高能量带电粒子束的机器加速器基本结构和工作原理基本要求和功能1提高带电粒子的能量2增加带电粒子束的强度3使粒子束同靶物质作用4带电粒子在真空管道中行进产物加速器的基本构成1粒子源如电子枪、离子源、极化粒子源等，用以提供所需加速的各种粒子。2真空加速系统a)加速管或加速腔；b)控制束流运动轨道的导引、聚焦系统电磁场系统；c)真空系统。带电粒子的加速过程必须在真空条件下进行，以免与气体分子碰撞而损失。3束流输运分析系统多数加速器还设有由若干弯转磁铁和电磁四极透镜等组成的，用以在源和加速器之间、加速器和靶之间，或当多个加速器串接工作时，在加速器之间输运和分析所需的粒子束。4辅助系统电源系统、控制系统、冷却系统等。1919年E.卢瑟福(E.Rutherford)用天然放射源实现了第一个人工核反应从而激发了人们寻求用人造快速粒子源来变革原子核的设想。第二节加速器的发展历史历史上第一个人工核反应1919年，卢瑟福利用212Po放出的7.68MeV的α粒子作为枪弹，去射击氮气，结果发现，有五万分之一的几率发生了如下的反应：即，α粒子与14N反应，产生了17O和质子。云室中粒子撞击氮原子核的反应可看出质子。这是人类历史上第一次人工实现“点金术”：使一种元素变成另一种元素1928年,静电加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍压加速器（1932年）等不同设想几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一批加速装置。IIIIII1932年英国科学家科克罗夫特（J.D.Cockcroft）和爱尔兰科学家沃尔顿(E.T.S.Walton)建造成世界上第一台800keV直流加速器——命名为柯克罗夫特-沃尔顿高压倍加器，以能量为0.4MeV的质子束轰击锂靶，得到α粒子和氦的核反应实验。实现了第一个由人工加速的粒子束引起的核反应,Li(p,α)He。“点石成金”，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。美国实验物理学家劳伦斯1932年建成了回旋加速器，并获得人工放射性元素为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。他们通过人工加速的p、d和α等粒子轰击靶核得到高强度的中子束，首次制成了24Na、32P、131I等医用同位素。这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。1933年美国科学家凡德格拉夫(R.J.vandeGraaff)发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——命名为凡德格拉夫静电加速器。它的能量均匀度高,被誉为核结构研究的精密工具。高压型，它们能加速粒子的能量受高压击穿所限，大致在10MeV。高压倍加器和静电加速器均属直流高压静电加速器第一批粒子加速器的运行显示了人工方法产生快速粒子束的巨大优越性：不仅其强度远高于放射性元素、宇宙射线等天然快速粒子源，而且粒子的品种、能量以及粒子束的方向等都可任意选择、精确调节。但这些加速器的粒子能量低,回旋加速器是唯一能将氘和α粒子加速到20—50MeV的加速器.1940年美国科学家科斯特研制出世界上第一个电子感应加速器。极限约为100MeV。二战期间，出射能量更高的直线加速器快速发展。1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理。自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器。现在，对撞机已成为获得粒子之间最高有效作用能的主要手段。由于这一系列的发展和成就，。几十年来，人们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地发展成熟起来；高能加速器的发展又使人们得以发现上百种“基本”粒子包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子，并建立起粒子物理学这样一门新学科。自世界上建造第一台加速器以来，七十多年中加速器的能量大致提高了9个数量级（参见左图），同时每单位能量的造价降低了约4个数量级，如此惊人的发展速度在所有的科学领域都是少见的。随着加速器能量的不断提高，人类对微观物质世界的认识逐步深入，粒子物理研究取得了巨大的成就。橡树岭电子直线加速器（ORELA）脉冲中子源中国加速器发展简史中国加速器发展简史1955年中国科学院原子能所赵忠尧教授建成700eV质子静电加速器。1958年中国科学院高能所2.5MeV质子静电加速器建成。中国第一台回旋加速器建成。清华大学400keV质子倍压加速器建成。(从苏联引进)1959年清华大学2.5Mev电子回旋加速器出束。1964年中国科学院高能所30MeV电子直线加速器建成。（谢家麟 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ）1982年中国第一台自行设计、制造的质子直线加速器首次引出能量为10MeV的质子束流，脉冲流达到14mA.北京工业自动化研究所和清华大学等单位合作建成的25MeV电子回旋加速器；中科院上海原子核所建成2×6MV质子串列静电加速器北京大学建成4.5MV质子单级静电加速器。八十年代末北京2.2/2.8GeV正负电子对撞机（BEPC）。兰州直经7.2米的分离扇型重离子加速器(HIRFL)。合肥800MeV同步辐射光源(HESYRL)2004年北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)第一阶段设备安装和调试工作取得重大进展。九十年代后期，中科院兰州近代物理研究所正在建造重离子冷却储存环加速装置。2005年北京正负电子对撞机（BEPC）正式结束运行。投资6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)第二阶段——新的双环正负电子对撞机储存环的改建工程施工正式开始。新北京正负电子对撞机的性能将是美国同一类装置的3~7倍，对研究体积为原子核一亿分之一的夸克粒子等基础科研具有重要意义。• 北京正负电子对撞机和北京谱仪（BEPC/BES）的成功建造和取得的物理成果，使中国成为世界上重要的高能物理实验基地之一，在国际高能物理学界占有了一席之地。除用于高能物理实验外，在圆满完成其科研任务之后，BEPC已于2005年7月4日停机，并进行升级改造强流质子加速器也是我国的一个重要研究方向。近年来高能所利用国家973计划的支持开展了以加速器驱动的次临界反应堆（ADS）的基础研究为目标的强流质子加速器的设计和研制工作，并建成了我国第一台强流四翼型RFQ质子加速器。在国家新一轮973计划和中科院创新项目经费支持下，ADS强流质子加速器研究将进一步得到发展。国家批准中国散裂中子源（CSNS）的建设为我们又提供了大力发展强流质子加速器的机会.基于高能量电子直线加速器的自由电子激光（XFEL）。XFEL综合了X射线和激光的优势，即短波长、短脉宽、高亮度和完全相干，在广泛的科学和应用领域有很大的应用前景。国际直线对撞机（ILC）的国际合作。国际直线对撞机(ILC)是基于先进超导加速技术的用于高能粒子物理实验的正负电子直线对撞机（质心能量3500GeV），通过亚洲、欧洲及美洲各大加速器实验室及大学的国际合作共同研制。中国科学院高能物理研究所90MeV加速器全貌中国第一台回旋加速器高能物理研究所10MeV质子直线加速器主体中国第一台电子辐射加速器高能物理研究所35MeV质子直线加速器的加速腔高能物理研究所750keV预注入器兰州重离子加速器工程图为初步安装就位的扇形磁铁按加速粒子能量：1低能加速器，能量在100MeV以下2中能加速器，能量在0.1～1GeV间的称3高能加速器，能量高于1GeV。按加速电场：1直流高压式加速器2电磁感应式加速器3谐振式加速器按粒子运动轨道：1直线加速器2回旋加速器（开螺旋线）3同步加速器（闭合环）按粒子种类：1电子加速器2轻离子加速器3重离子加速器4微粒子团加速器第三节加速器的分类第四节加速器的应用加速器作为粒子源有一系列的优点，所产生的粒子种类繁多，粒子束能量精确可调，因此加速器在科技，生产和国防建设领域中的应用极为广泛：一、在探索和变革原子核和基本粒子方面的应用几十年来，人们利用加速器合成了绝大部分超铀元素和上千种人工放射性核素，并系统地研究了原子核的性质、内部结构以及原子核之间的相互作用过程。随着加速器能量的提高，陆续发现了一百多种“基本”粒子，产生了夸克模型，以及电磁相互作用和弱相互作用相统一的理论，建立起粒子物理这样一门新学科。二、在原子，分子物理，固体物理等科研方面的应用1.利用加速器产生的电子，离子和光子束研究粒子与原子，分子碰撞的物理过程以及所产生的一系列新的状态，新的同位素原子，有利于研究传统原子，分子物理学所无法研究的许多问题。2.加速器出现的快速粒子是研究固体和表面微观结构、杂质分布、固体内部结构磁场，缺陷，损伤等方面的有效手段。三、元素分析利用单级和串列加速器等产生的低能离子束广泛地用来进行各种样品的元素分析，主要的技术有：1.核反应分析2.散射分析要3.弹性反冲探测分析4.X荧光分析5.活化分析等四、在核能开发方面的应用核反应堆，核燃料生产和核武器设计制造方面都需要加速器提供有关的核反应，核裂变和中子运动的各种核参数。用加速器粒子模拟反应堆中核辐射 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的辐射损伤，研究材料的加固措施，加速器产生的强中子流还可以分别使U238和Th232转化为Pu239和U233等核燃料。五、在医疗方面的应用随着科学技术的进步，人民生活和质量的提高，人们对医疗卫生条件提出了更高的要求。而加速器在医疗卫生中的应用促进了医学的发展和人类寿命的延长。目前，加速器在医疗卫生方面的应用主要有三个方面，即放射治疗、医用同位素生产以及医疗器械、医疗用品和药品的消毒。放射治疗　　用于恶性肿瘤放射治疗（简称放疗）的医用加速器是当今世界范围内，在加速器的各种应用领域中数量最大、技术最为成熟的一种。　　除了应用加速器产生的电子线、X射线进行放疗外，还可应用加速器进行质子放疗、中子放疗、重离子放疗和π介子放疗等，这些治癌方法还处在实验阶段，实验的结果表明，疗效显着。但这些加速器比电子直线加速器能量高得多，结构复杂得多，价格昂贵得多，尚未普及。　　　　2)医用同位素生产　　现代核医学广泛使用放射性同位素诊断疾病和治疗肿瘤，现在已确定为临床应用的约80种同位素，其中有2/3是由加速器生产的，尤其是缺中子短寿命同位素只能由加速器生产。放射性影像诊断正电子与单光子发射计算机断层扫描—PET与SPECT　　PET是由病人先吸入或预先注射半衰期极短的发射正电子的放射性核素，通过环形安置的探测器从各个角度检测这些放射性核素发射正电子及湮灭时发射的光子，由计算机处理后重建出切面组织的图像。而这些短寿命的放射性核素是由小回旋加速器制备的。最短的半衰期核素如15O仅为123秒，一般为几分钟到1小时左右。所以，这种加速器一般装备在使用PET的医院里。　3)辐照消毒　　利用加速器对医用器械、一次性医用物品、疫苗、抗生素、中成药的灭菌消毒是加速器在医疗卫生方面应用的一个有广阔前途的方向。与前面介绍加速器在食品中的杀虫、灭菌道理一样，可取代目前应用的高温消毒、化学消毒等方法。但灭菌需要的射线剂量要大于杀虫所需的剂量。　1)辐照加工　　应用加速器产生的电子束或X射线进行辐照加工已成为化工、电力、食品、环保等行业生产的重要手段和工艺，是一种新的加工技术工艺。它广泛应用于聚合物交联改性、涂层固化、聚乙烯发泡、热收缩材料、半导体改性、木材-塑料复合材料制备、食品的灭菌保鲜、烟气辐照脱硫脱硝等加工过程。　　经辐照生产的产品具有许多优良的特点，例如：聚乙烯电缆经105Gy剂量辐照后，其电学性能、热性能都有很大提高，使用温度辐照前为60~70℃，辐照后长期使用温度可达120℃以上。六、在工业上的应用　2)无损检测　　无损检测就是在不损伤和不破坏材料、制品或构件的情况下，就能检测出它们内部的情况，判别内部有无缺陷。现代无损检测的方法很多，例如：超声波探伤法、涡流探伤法、荧光探伤法及射线检测法等。射线检测法即可检查工件表面又可检查工件内部的缺陷。设备可以采用放射性同位素Co-60产生的γ射线、X光机产生的低能X射线和电子加速器产生的高能X射线。尤其是探伤加速器的穿透本领和灵敏度高，作为一种最终检查手段或其它探伤方法的验证手段及在质量控制中，在大型铸锻焊件、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等工件的缺陷检验中得到广泛的应用。这种探伤加速器以电子直线加速器为主要机型。　射线检测的方法根据对透过工件的射线接受和处理方法的不同，又可把射线检测法分为三种：　　a、射线照相法　　这种方法与我们体检时拍X光胶片相似，射线接受器是X光胶片。探伤时，将装有X光胶片的胶片盒紧靠在被检工件背后，用X射线对工件照射后，透过工件的射线使胶片感光，同时工件内部的真实情况就反映到胶片的乳胶上，对感光后的胶片进行处理后，就可以清楚地了解工件有无缺陷以及缺陷的种类、位置、形状和大小。　　b、辐射成像法　　这种方法的射线接受器是阵列探测器或荧光增感屏。后者就是用于机场、铁路的行李、包裹的X射线安检系统，也可用于工业的无损检测。这种方法配以图像处理系统可以在线实时显示物品内部的真实情况。　　c、工业CT　　与医用CT原理类似，CT技术即计算机辅助层析成像技术。选用加速器作为X射线源的CT技术是一种先进的无损检测手段，主要针对大型固体火箭发动机和精密工件的检测而发展起来。它的密度分辨率可达0.1%，比常规射线技术高一个数量级。在航天、航空、兵器、汽车制造等领域精密工件的缺陷检测、尺寸测量、装配结构分析等方面有重要的应用价值。　3)离子注入　　利用加速器将一定能量的离子注入到固体材料的表层，可以获得良好的物理、化学及电学性能。半导体器件、金属材料改性和大规模集成电路生产都应用了离子注入技术。七、在农业、生物学上的应用　　作为核技术应用装备的加速器在农业上的应用，在一些国家普遍使用已有明显经济效益的主要有三方面：　　1)辐照育种　　加速器在辐照育种中的应用，主要是利用它产生的高能电子、X射线、快中子或质子照射作物的种子、芽、胚胎或谷物花粉等，改变农作物的遗传特性，使它们沿优化方向发展。通过辐射诱变选育良种，在提高产量、改进品质、缩短生长期、增强抗逆性等方面起了显著作用。马铃薯、小麦、水稻、棉花、大豆等作物经过辐照育种后可具有高产、早熟、矮杆及抗病虫害等优点。　2)辐照保鲜　　辐照保鲜是继热处理、脱水、冷藏、化学加工等传统的保鲜方法之后，发展起来的一种新保鲜技术。例如，对马铃薯、大蒜、洋葱等经过辐照处理，可抑制其发芽，延长贮存期；对干鲜水果、蘑菇、香肠等经过辐照处理，可延长供应期和货架期。3)辐照杀虫、灭菌　　目前，在农产品、食品等杀虫灭菌普遍使用化学熏蒸法，由于使用溴甲烷、环氧乙烷等化学熏蒸法引起的残留毒性、破坏大气臭氧层等原因，根据蒙特利尔公约，要在全球范围内禁止使用溴甲烷。因而利用加速器进行农产品、食品等辐照杀虫、灭菌得以迅速发展。利用加速器产生的高能电子或X射线可以杀死农产品、食品中的寄生虫和致病菌，这不仅可减少食品因腐败和虫害造成的损失，而且可提高食品的卫生档次和附加值。第五节粒子运动参量的相对论表述相对速度：粒子的运动质量：粒子的总能量：粒子的动量：相对论性动量和能量的关系式：思考作业：1加速器由几个部分组成，分别具有什么作用?加速器发展的历史中，有哪些具有划时代的发明?341个电子被电压为106V的电场加速后，其质量为多少？速率为多大？5一个电子在匀强电场中经104伏的电压加速,用经典力学和相对论力学的方法分别计算电子的动量时相对误差为多少?(电子的静止质量为9.1x10-31kg)推导以下关系：