加速器(accelerator)

作者: 时间:2020-06-19科幻博览936人已围观


加速器(Acceletor)或称粒子加速器(Particle Accelerator),是指利用电磁场的改变加速粒子,使粒子变为高能粒子的装置;此高能粒子被限制在一个特定轨道里运动。生活中常见的加速器,如阴极射线管、X光管等,均可以视为粒子加速器的一种。粒子加速器常用来进行粒子对撞实验,进行核子物理(Nuclear Physics)方面等的研究。

粒子加速器一般而言,依照其加速原理的不同,可以分为电磁加速器(electrostatic field)和震蕩加速器(oscillating field)两种;若以加速器轨道区分,则分为迴旋加速器(cyclotron)和直线加速器(linear accelerator)。

加速器(accelerator)

图一、迴旋加速器 http://www.physicscentral.com/ex ... s/cyclotron-img.jpg

加速器(accelerator)

图二、位于澳洲同步辐射中心之直线加速器 http://upload.wikimedia.org/wiki ... c%2C-14.06.2007.jpg

环状加速器透过磁场的控制,使得粒子在加速器当中重複进行圆周运动,并透过电场来使其持续加速,直到粒子达到一定的速率,便可以由预留的位置射出,并击中标靶。较早期的环状加速器,则称为粒子迴旋加速器,由两个D型盒组成对向排列组成;粒子自加速器的中心出现,受到磁场的影响而行圆周运动;并且在通过两D型盒之间时利用电场将其加速,因此粒子的位置逐渐向外围移动,形成一螺旋状的轨迹。最后当粒子来到最外围时,即可由预留的空间射出,直线轰击标靶原子核。

加速器(accelerator)

图三、迴旋加速器原理的示意图 http://images.yourdictionary.com/images/169.20.cyclotron.jpg

直线加速器则是粒子通过一连串正负电交错的管壁,在粒子通过时改变其电性,藉由一连串的斥力与引力令粒子加速,类似于磁浮列车所使用的原理。

加速器(accelerator)

图四、直线加速器原理的示意图 http://www.antonine-education.co ... _files/image001.gif

由于高速粒子对撞可能产生新粒子的特性,因此环状加速器广泛应用于核物理当中,藉由更高能粒子的碰撞来产生正常状态下较不易发现的新粒子,并研究在高能状态下的量子物理现象与性质;像是胶子(gluons)、反质子(antiproton)等等,都是透过粒子加速器发现的。欧洲核子研究组织(CERN, European Organization for Nuclear Research)在2008年试运转的大型强子对撞器(LHC, Large Hadron Collider),便是由一连串环状加速器组成,其中最大的一个加速器,其圆周为27公里左右。

除此之外,粒子加速器也被用于人工核反应的进行,透过以中子、或是其他元素的原子核,轰击标靶元素的原子核,即可能得到新的元素。在週期表下方,原子序较高的的人造元素,几乎都是透过这些方法所合成出来的。

 

 

参考资料:
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; pp. 988-989, 1003.
2. Wikipedia–Particle accelerator  http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator
3. Wikipedia—Large Hadron Collider  http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider

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