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粒子加速器


粒子加速器

物理学家们为什么需要粒子加速器? 精细的显微镜 一台粒子加速器是怎样工作的?

一台粒子加速器是怎样工作的?
一台粒子加速器通常由一个真空管、真空泵、磁铁、射频放电器、高电压的器械和线圈组成。每一个组成部分都有它准确的职能。

真空管 由金属管组成,里面将会被真空泵抽空。这是为了消除空气以及空气中其他粒子对粒子加速实验的影响。

射频放电器 在真空管内,粒子被电磁场加速,这是由射频放电器(RFC)发生的。每当粒子穿过射频放电器发生的磁场是,它们就会被加速,像被磁场提了一脚一样。粒子加速器把粒子束的加速轨道成为一个封闭的圈,使粒子束可以多次穿过磁场,这使 RFC 发挥更强效能。这就是为什么很多粒子加速器都是圆环形的原因。

磁铁 通常粒子束都可以通过弯曲轨道,到达磁铁的磁场。这些磁铁又被称作挠度磁铁。这是因为磁力使活跃的粒子总是保持匀速,这对于弯曲的轨道来说是完美的。粒子的能量越强,使粒子轨道弯曲的磁场就要越强。这就意味着磁场的强度是限制了的(常规的用 2 特斯拉超导电的甚至用 10 特斯拉)。机器更强,磁场要更大。

四极磁铁 在加速之余,我们也需要对粒子束进行调焦。就像霰弹枪发射子弹一样,粒子束会自由地分散开来。调焦使粒子束不至于跑出了真空管。这需要四极磁铁的帮助。此磁铁对活跃的粒子束起作用。同样,一个镜头对 光束起作用。他们起调焦作用,也被称作调焦磁铁。


 LEP 加速器实景

这些建造粒子加速器的是一些基本的因素。如果您对 CERN 现有的粒子加速器加以观察(像 PS 或 SPS)您将会看到更多的部件,比如:
其它的磁铁(调谐粒子束的轨道)
出入口(粒子束的进出口)
测量设备(把信息反馈给操作员)
安全设备(确保粒子加速过程和粒子加速器的安全)

所有的这些设备都由控制中心控制。这个控制中心就像太空任务的控制室一样!