加速器同囫辐 表元吉 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室
加速器及同步辐射 裴元吉 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室
第一部分加速器及其应用 引言 NSRI 加速器产生的历史背景 加速器的基本原理简介 四、加速器现状 五、加速器的应用 第二部分同步辐射光源及其应用 概述 同步辐射光源发展简史 世界同步辐射装置现状 同步辐射特性 同步辐射光源 同步辐射应用 同步辐射光源及新光源发展趋势 国家同步辐射实验室简介
第一部分 加速器及其应用 一、引言 二、加速器产生的历史背景 三、加速器的基本原理简介 四、加速器现状 五、加速器的应用 第二部分 同步辐射光源及其应用 概述 同步辐射光源发展简史 世界同步辐射装置现状 同步辐射特性 同步辐射光源 同步辐射应用 同步辐射光源及新光源发展趋势 国家同步辐射实验室简介
第一部分加速器及其应用
第一部分 加速器及其应用
引言 加速器以及近四十年如雨后春笋般发展的 同步辐射装置,在人民生活中接触的不多,但 它在人类认识自然、改造自然的进程中起着重 要作用,而且在科学技术进一步发展的今天和 未来必将为人类作出更多的贡献。我还相信, 在本世纪,不仅加速器及同步辐射光将成为科 研和高科技领域的重要装置(如LHC等), 而且众多的生活用品(包括食品)也将与加速 器直接相关。正因为如此,我愿在此抛砖引 玉,向诸位介绍一些与加速器有关的内容
一、引言 加速器以及近四十年如雨后春笋般发展的 同步辐射装置，在人民生活中接触的不多，但 它在人类认识自然、改造自然的进程中起着重 要作用，而且在科学技术进一步发展的今天和 未来必将为人类作出更多的贡献。我还相信， 在本世纪，不仅加速器及同步辐射光将成为科 研和高科技领域的重要装置（如LHC等）， 而且众多的生活用品（包括食品）也将与加速 器直接相关。正因为如此，我愿在此抛砖引 玉，向诸位介绍一些与加速器有关的内容
什么叫做加速器? 简而言之,加速器是带 电粒子加速器的简称。 带电粒子加速器就是能 E 将带有电荷的粒子(电 子、质子、重离子、分 子离子、原子离子等) 加速到很高能量的一种 装置。即带电粒子在这 种装置中获得动能,使 其速度很快、能量增高 0 。加速器的原理示意图 如图一所示。 图一、加速器原理示意图
什么叫做加速器？ 简而言之，加速器是带 电粒子加速器的简称。 带电粒子加速器就是能 将带有电荷的粒子（电 子、质子、重离子、分 子离子、原子离子等） 加速到很高能量的一种 装置。即带电粒子在这 种装置中获得动能，使 其速度很快、能量增高 。加速器的原理示意图 如图一所示
动能W将由下式给出: 带电粒子的速度与其 动能的关系由下式表 W=「Fdl=- Zee.dI=ZeV 加速器科学中常用的 能量单位是: e. tw keV,MeV,GeV,Te∨ 其中V、c、β分别是粒子的 1 keV=103 eV 速度、光速、粒子的相对 1 MeV=106eV 速度,0、W分别是粒子 的 1GeV=109e∨ 静止能量和动能。由上式 Te∨=1012eV 可知,当电子的动能为 1ev=16×1012尔格 10MeV其速度为 0.9988c 质子的动能为10MeV时
动能W将由下式给出： 加速器科学中常用的 能量单位是： keV, MeV, GeV, TeV 1 keV=103 eV 1 MeV=106 eV 1 GeV=109 eV 1 TeV=1012 eV 1eV=1.610-12尔格 带电粒子的速度与其 动能的关系由下式表 示 其中v、c、分别是粒子的 速度、光速、粒子的相对 速度，0、W分别是粒子 的 静止能量和动能。由上式 可知，当电子的动能为 10MeV, 其速度为 0.9988c, 质子的动能为10MeV时, 其 速度为0.1449c。 W = F dl = −Ze E dl = ZeV 2 0 0 ) W 1 ( c v + = = −
July27.1999 0.9 0.8 Electron 6 Proton 0.4 0.3 .2 0.0王 1E51E41E30.010.1 100100010000 Energy of Electron, Proton(Mev)
如何才能提高带电粒 子的能量,这是加速器科 学及加速器工程的研究范 围。一般说来,加速器分 LEP:100GeV正负电子对撞机 两大类:一类是带电粒子 周长27公里〕 走直线路程,如直线加速 器、高压加速器等;另 类是是圆形加速器,即带 22Gev Synchrotron 电粒子在加速器中走近似 5GeV Booster 的圆形轨道,并反复多次 e, e Accumulating Ring 通过其高频加速腔获得能 量,如回旋加速器、同步 600Mev ee linac 加速器等。图二是由多台 图二、正负电子对撞机示意图 加速器组成的一台高能加 速器LEP的示意图
如何才能提高带电粒 子的能量，这是加速器科 学及加速器工程的研究范 围。一般说来，加速器分 两大类：一类是带电粒子 走直线路程，如直线加速 器、高压加速器等；另一 类是是圆形加速器，即带 电粒子在加速器中走近似 的圆形轨道，并反复多次 通过其高频加速腔获得能 量，如回旋加速器、同步 加速器等。图二是由多台 加速器组成的一台高能加 速器LEP的示意图。 e + , e − Accumulating Ring 600MeV e+ , e − LINAC
创二、加速器产生的历史背景 任何事物都有它的产生、发展过程,那 么加速器这一大型科研装置又是怎样产生和 发展的呢?它在历史上扮演了什么样的角色 呢 这个问题的回答,可归结于物质结构这一基 础学科的研究,即物质是由什么组成的研究 以及国防等其他领域研究和生产的需求
二、加速器产生的历史背景 任何事物都有它的产生、发展过程，那 么加速器这一大型科研装置又是怎样产生和 发展的呢？它在历史上扮演了什么样的角色 呢？ 这个问题的回答，可归结于物质结构这一基 础学科的研究，即物质是由什么组成的研究 以及国防等其他领域研究和生产的需求
早在两千年前,古代哲学家对于物质世界的结构,曾提出各 种看法,我国古代学者主张阴阳和五行学说,即水、火、木、金、 土表征万物的形成等。古希腊哲学家德谟克里图斯( Democritus) 等曾提出物质的原子结构的概念,认为物质的结构不是连续的, 而是由许多微粒所构成的,这种微粒命名为“原子”(Atom),按 希腊文“原子”的原意是不可分割的意思。 此后,封建 社会的统治,神学主宰着世界,认为世界万物是造物主缔造 的。。。。。。一切科学研究被停滞下来了。十五世纪中叶开始 了资产阶级民主革命,资本主义兴起,尽管封建神学还在禁锢着 人们的思想,但在西方,封建王朝已被推翻。这一时期可谓是 个伟大的变革时期,“这是一次人类从来没有经历过的最伟大的、 进步的变革,是一个需要巨人而且产生巨人在思维能力、热 情和性格方面,在多才多艺和学识渊博方面的巨人。”“那时, 差不多没有一个著名人物不曾作过长途旅行,不会说四五种语言, 不在几个专业上放射出光芒
早在两千年前，古代哲学家对于物质世界的结构，曾提出各 种看法，我国古代学者主张阴阳和五行学说，即水、火、木、金、 土表征万物的形成等。古希腊哲学家德谟克里图斯(Democritus) 等曾提出物质的原子结构的概念，认为物质的结构不是连续的， 而是由许多微粒所构成的，这种微粒命名为“原子”(Atom)，按 希腊文“原子”的原意是不可分割的意思。。。 此后，封建 社会的统治，神学主宰着世界，认为世界万物是造物主缔造 的。。。。。。一切科学研究被停滞下来了。十五世纪中叶开始 了资产阶级民主革命，资本主义兴起，尽管封建神学还在禁锢着 人们的思想，但在西方，封建王朝已被推翻。这一时期可谓是一 个伟大的变革时期，“这是一次人类从来没有经历过的最伟大的、 进步的变革，是一个需要巨人而且产生巨人⎯⎯在思维能力、热 情和性格方面，在多才多艺和学识渊博方面的巨人。”“那时， 差不多没有一个著名人物不曾作过长途旅行，不会说四五种语言， 不在几个专业上放射出光芒