中国科学技术大学：《电磁学》课程教学资源（专题报告）加速器与同步辐射（主讲：戚伯云）

加速器与同步辐射 戚伯云教授 中国科技大学天文与应用物理系

加速器与同步辐射 戚伯云教授 中国科技大学天文与应用物理系

§1加速器 一 几种低能加速器 金属穹顶 1.高电压型加速器（静电加速器） 加速器原理： 利用导体处于静电平衡状态时，所带电 荷全部分布在导体表面和尖端放电原理，使 送 导体球的表面所带的电荷不断增加，从而使 导体球和地之间的电势差U不断增大。 置于导体球壳内的离子源释放出来的带 有电量q的带电粒子在通过这个电势差时， 获得能量mv2/2=qU,从而得到加速。 静电加速器能量：最高能量为几十Mev 低能加速器：10MeV 范德格拉夫起电机示意图 地 绝缘体 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 一、几种低能加速器 1. 高电压型加速器(静电加速器) 范德格拉夫起电机示意图 低能加速器: 10 MeV • 加速器原理： 利用导体处于静电平衡状态时，所带电 荷全部分布在导体表面和尖端放电原理，使 导体球的表面所带的电荷不断增加，从而使 导体球和地之间的电势差U不断增大。 置于导体球壳内的离子源释放出来的带 有电量q的带电粒子在通过这个电势差时， 获得能量 mv2 / 2 = qU ，从而得到加速。 • 静电加速器能量：最高能量为几十Mev

§1加速器 一、几种低能加速器 2.电子感应加速器 电磁铁 磁极 环形真空室 涡旋电场 磁极 电子感应加速器原理图 大型的电子感应加速器能量：100MeV 12 3 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 一、几种低能加速器 2. 电子感应加速器 大型的电子感应加速器能量:100MeV 电子感应加速器原理图 环形真空室 电磁铁 涡旋电场

§1加速器 一、几种低能加速器 3.回旋加速器 D形盒 D盒 mv 半径：r= qB 2nm 周期：T= qB 出射粒子束 均匀磁场B 反射极 振荡器 123 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 D形盒 出射粒子束 qB mv 半径: r = qB m T 2 周期: = 均匀磁场B 3. 回旋加速器 一、几种低能加速器 振荡器

§1加速器 一、几种低能加速器 4.直线加速器 实景 Pre-Injector (B) e"production target 示意 Pesitrons Positron Generator Main Linac Eiectiamo IoP阡rng Beam Switch创ar Pre-iniector [Al Sector-I err】 Sector3 Sector Sector-5 Slow Positron Facility I0 TRIST队AR 188 meter 1 2 3 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 一、几种低能加速器 4. 直线加速器 实景 示意

§1加速器 一、几种低能加速器 粒子获得的能量与加速长度 成正比。动能的增长量为： AW=ev cos(J)=Vcos(ev) V为加速电压的幅值 P为电子通过加速间隙中心时加速电压的相角 返回 退出

返回 退出 §1 加速器 一、几种低能加速器 粒子获得的能量与加速长度 成正比。动能的增长量为： cos (J) cos (eV) a Va W = eV = 1 2 3 Va 为加速电压的幅值  为电子通过加速间隙中心时加速电压的相角

§1加速器 一、 几种低能加速器 中国科技大学的电子同步加速器： 电子经直线加速器后达到的最终能量是200MeV; 直线加速器的长度为35米； 为了防护加速电子的电磁辐射，直线加速器建在坑道中； 采用的加速设备是是微波功率源。 北京高能物理研究所的直线加速器： 电子能量提高到1.1GeV; 直线加速器长度为204米。 美国斯坦福大学直线加速器： 电子能量提高到50GeV的加速器； 直线加速器长度达3公里多。 为了避免不断增加速器的长度，1930年劳伦斯 提出建造回旋加速器的建议。 2 3 返回 退出

§1 加速器 一、几种低能加速器 1 2 3 返回 退出 为了避免不断增加速器的长度，1930年劳伦斯 提出建造回旋加速器的建议。 中国科技大学的电子同步加速器： • 电子经直线加速器后达到的最终能量是200MeV； • 直线加速器的长度为35米； • 为了防护加速电子的电磁辐射，直线加速器建在坑道中； • 采用的加速设备是是微波功率源。 北京高能物理研究所的直线加速器： • 电子能量提高到1.1GeV； • 直线加速器长度为204米。 • 电子能量提高到50GeV的加速器； • 直线加速器长度达3公里多。 美国斯坦福大学直线加速器：

§1加速器 二、 同步加速器 1.同步加速器必须具有的功能 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。 使带电粒子作回旋运动 具备功能 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 3 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 二、同步加速器 1. 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

§1加速器 二、同步加速器 插入装置：产生各类 弯转磁铁：使光 不同特征的同步辐射 束线弯转，产生 同步辐射 同步加速腔：加速 电子，并补充同步 辐射损失的能量 真空槽：保持101托以下 四极磁铁：以透镜 的气压，减少因残留气体 机制聚焦光束线 碰撞而损失光束线能量 同步加速器示意图 12 3 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 二、同步加速器 同步加速器示意图 插入装置：产生各类 不同特征的同步辐射 弯转磁铁：使光 束线弯转，产生 同步辐射 同步加速腔：加速 电子，并补充同步 辐射损失的能量 真空槽：保持10-10托以下 的气压，减少因残留气体 碰撞而损失光束线能量 四极磁铁：以透镜 机制聚焦光束线

§1加速器 二 、同步加速器 (1)使带电粒子作回旋运动 •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 Bending Magnet 兹力从而作圆周运动。 二极磁铁 3 返回 退出

1 2 3 返回 退出 §1 加速器 二、同步加速器 •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