扇形聚焦回旋加速器

又稱磁場強度隨方位角變化的回旋加速器（簡稱AVF）,是一種能克服經典回旋加速器能量限制, 提高加速粒子能量的圓形加速器。 為克服經典回旋加速器能量限制，1938年L.H.托馬斯提出了扇形聚焦回旋加速器初步概念，他建議使磁場沿方位角調變來保證軸向聚焦，平均磁場沿半徑增長以保持嚴格諧振加速。最初扇形回旋加速器採用直邊扇形墊片來產生磁場的方位角調變，叫托馬斯型回旋加速器。60年代又進一步發展了螺旋線回旋加速器和分離扇回旋加速器。 扇形聚焦回旋加速器束流能量分辨本領和能量平滑可調性能夠同現代的串列靜電加速器相媲美。

基本介紹

• 中文名：扇形聚焦回旋加速器
• 簡稱：AVF
• 結構組成：加速器的主平面為pp
• 建成時間：1958年

產品介紹

結構組成

螺旋線型回旋加速器的磁鐵如圖1所示，它的磁極面由一塊塊等厚的邊緣為螺旋線形的墊鐵安裝而成，平均磁場隨半徑增加，而軸向聚焦力則由扇形磁極所產生的方位角變化磁場提供。這類加速器的主平面為pp。在此面上的磁場強度用B表示，由於粒子的運動軌道不再是一個圓，在磁鐵扇塊邊緣上，當粒子斜越時，B作用在速度為v的粒子上的力指向 pp面，這就是所謂邊緣聚焦，力的大小和方向由扇塊邊緣形狀決定。只要邊緣形狀選擇恰當，即使在加速器其他區域是軸向散焦的，粒子迴旋一圈後，其總的效果仍然可以是軸向聚焦的。

扇形聚焦回旋加速器的粒子迴旋頻率不隨粒子能量增加而變化。同固定的高頻頻率始終匹配，因此它又稱為等時性回旋加速器。

此外，利用扇形墊塊或電流墊補線圈可以將這種加速器的平均磁場在很大範圍內墊補成為滿足加速具有不同能量的各種粒子所需的等時場分布。

自1958年建成世界上第一台12MeV質子扇形聚焦回旋加速器以來，這類加速器的建造數目劇增，許多實驗室相繼把原有的經典回旋加速器改建為這類加速器。

特點區別

扇形聚焦加速器的結構同經典回旋加速器的差別是：在磁極表面有扇形墊鐵和圓形調諧線圈，在兩個相鄰扇形墊鐵之間的谷中，裝有補償一次諧波的諧波線圈。在中心區設有增強磁場的墊補鐵盤或圓形線圈，以利用其隨半徑減弱的桶形磁場獲得軸向聚焦。有些加速器，為了更充分地利用磁極間隙，而將D形電極做成扇形的安置於極面上兩扇形鐵塊之間的谷內，相應於這種D形電極系統將要求其高頻系統為多相的，或者是倍頻的。在加速某些粒子，特別是加速極化離子時，離子源放在加速器外邊，離子通過適當的離子光學系統注入到加速器中。

工作原理

分離扇回旋加速器的工作原理與扇形聚焦回旋加速器相同，圖2是一個四扇直邊分離扇回旋加速器的示意圖。分開的扇形磁鐵對稱地沿環形安裝。磁鐵之間為無場區域，稱之為谷區域。固定頻率的大功率高頻腔可安裝在這些區域中，使得粒子獲得較高的能量增益。一般高頻腔的峰值電壓為250kV，因此粒子軌道的圈間距增大，便於注入和單圈引出，從而使束流品質提高。在加速器的中心區域，由於有較大的空間，可以安裝有較大偏轉能力的磁元件。磁鐵之間氣隙也較小，容易獲得較高的磁場強度。如果在極面上安裝有若干對墊補電流線圈，通過調整電流能得到加速不同能量的各種粒子所需的等時場。　這種加速器在若干加速器構成的組合系統中，可作為較理想的主加速器。特別是對重離子加速器系統，如果用圓形加速器作為主加速器的話，一般是分離扇回旋加速器。

扇形聚焦回旋加速器

這種加速器一般都需要有一個小型加速器作為它的注入器，很少單獨使用。

套用

靶子加工成一定厚度的高純金屬銘片，裝入具有水冷、氣冷腔的2π靶室中，利用本所扇形聚焦回旋加速器所產生的30MeV質子輻照天然鉈靶，籍助²⁰³TI（p，3n）²⁰¹pb→²⁰¹Tl核反應製備²⁰¹TI。聯合使用液一液萃取和陰離子交換法對輻照後的靶片進行處理。20次熱試驗證實此方法高效而簡便、安全可靠、易於遠距離操作。產品中²⁰¹TI核純度為99.2%（²⁰⁰TI0.76%，²⁰²TI0.04%），放化純度大於98%，產品中鉈含量0.5μg/mCi²⁰¹TI，化學雜質除Ca含量為13μg/ml，Mg為1.2μg/ml外，其他均小於1ppm。可同時獲得無載體²⁰³Pb。