強子電子環加速器

強子電子環加速器又稱強流電子加速器，是指用於強流電子加速的裝置。

基本介紹

• 中文名：強子電子環加速器
• 外文名：Hadron electron ring accelerator 
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：能源工程
• 又稱：強流電子束加速器
• 強流電子：達幾十萬以至上百萬安培的束流

背景

強流相對論加速器在高科技領域已被廣泛套用，是核爆模擬、熱核聚變等研究的關鍵設備，Sandia實驗室Z裝置的功率已達290TW。國內在強流加速器領域的研究也很活躍。隨著高功率微波（HPM）的發展，國防科技大學建造了一系列針對HPM套用的加速器，其基本參數滿足與HPM源相匹配，並力求簡單緊湊，已具備低阻抗（小於10歐姆）的水線加速器和高阻抗（大於10歐姆）油線加速器數台。2003年為支持中高阻抗微波源的研究，在基於原來廢棄的Tesla型加速器上，改建成Spark 05強流電子束加速器。

強流電子

束流強度達幾十萬以至上百萬安培的束流。它比通常加速器的束流密度高几萬倍以至幾十萬倍。20世紀60年代初期，由於模擬核爆炸條件下γ射線輻照效應和X射線照相的需要，強流脈衝電子束加速器得到了迅速發展，70年代後，由於粒子束慣性約束聚變、電子束抽運氣體雷射器、電子束產生高功率微波等研究工作的要求，研製了低電壓大電流的電子束加速器，並在這些技術的基礎上獲得了強流脈衝離子束。

電子加速器

在電磁鐵的兩極間有一環形真空室，電磁鐵受交變電流激發，在兩極間產生一個由中心向外逐漸減弱、並具有對稱分布的交變磁場，這個交變磁場又在真空室內激發感生電場，其電場線是一系列繞磁感應線的同心圓，這時，若用電子槍把電子沿切線方向射入環形真空室，電子將受到環形真空室中的感生電場E的作用而被加速，同時，電子還受到真空室所在處磁場的洛倫茲力的作用，使電子在半徑為R的圓形軌道上運動。

套用感應電場加速電子的電子感應加速器( betatron ) ，是感生電場存在的最重要的例證之一。早在1932年J.斯萊皮恩就提出利用感應電場加速電子的想法，接著也有不少人進行了這方面的研究，但他們都沒有成功，直到1940年D.W.克斯特解決了電子軌道的穩定問題以後，才建成了第一台電子感應加速器，把電子加速到2.3MeV。隨後這種加速器發展得很快，1942年建成了20MeV的電子感應加速器，1945年建成了100MeV的電子感應加速器。

Spark 05加速器

圖為Spark 05加速器的結構示意圖。其主要由Marx發生器、油介質Blumlein型脈衝形成線和真空二極體等3

部分組成，全長7m。Blumlein形成線的主開關位於圖中形成線的左邊，在二極體和形成線內筒右端之間為預脈衝開關和接地電感。

Spark 05加速器示意圖

真空界面實際上包括液體、固體及固體、真空2個界面，界面閃絡一般是加速器輸出電壓的瓶頸，也是設計重點之一。研究表明多個45度絕緣體和均壓環沿二極體軸向的絕緣結構能均勻電場分布效果很好但結構較複雜，體積較大。