前一篇讲了带电粒子可以被电场推着跑。今天我们来说一下,用什么样的电场来加速。

最简单,有压差的电极板之间就会有电场,升高电极板之间的电压,电场也就随着增加。但同时也带来问题,电压不能一直提升,不能超过击穿电压。这就带来了问题,电场高到一定程度就不能再升了,从而就限制了加速的程度。


(源自网络)

1930年,第一个Crokcroft&Walton静电场加速器,实现了200kV加速,经过改良设计,1932年,提高到了800kV。同年代,人们设计了Van de Graaf静电场加速器:往球型电极不断运送电荷(防止尖端放电效应),可以使电压差高达7MV。 静电场加速器现在也有,例如法国Orsay的15MV加速器,慕尼黑的14MV加速器等。

其实,早再1928年,R.Wideröe就实验证明了用RF变化的场来加速粒子。使用25kV电压差,成功加速离子到50keV。

(源自网络)

原理其实很简单,就是根据要加速的粒子速度,来谐振腔的尺寸,以及RF的频率等。从而实现,粒子在变化的RF场加速。例如,粒子进入第一个腔,这时候电场方向分布是:第一个正向(同粒子飞行方向),第二个反向,第三个正向,以此类推。然后,当粒子飞过第一个要进入第二个的时候,RF电场这时候反向:第一个反向,第二个正向,第三个反向……这样的话,粒子就会被固定振幅的RF场加速。最终粒子会有很高的能量,而不用很高的电压差,从而解决了静电场加速器的问题。

需要的基础知识储备:
电磁波,谐振腔,

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Dr. Lu

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