正弦回旋加速器

回旋加速器是一種粒子加速器。回旋加速器通過高頻交流電壓來加速帶電粒子。而正弦回旋加速器就是交流電源為正弦電流的回旋加速器。它的大小從數英寸到數米都有。許多原子核、基本粒子的性質有關的資訊，均是利用高能粒子轟擊原子靶（atomic target）而獲得的。1932年，約翰·柯克勞夫與歐內斯特·沃吞在英國製造了第一台“原子擊破器”（atom smasher）。他們乃是利用700,000V的高電壓對質子加速，然後再拿它們轟擊鋰靶。

他們採用的方法雖然較為野蠻，但確實是建構出了這么個高電壓。在1929年時，勞倫斯就已經考慮過這種可能性：將粒子重複地經由一“相對小電壓”做加速，而不是一次就用一個巨大電壓去做加速。他於是與李明斯頓（M.S.Livingston）合作，發展出了回旋加速器（cyclotron）。第一部回旋加速器建於1930年，稍後的改良則於1934年完成。

基本介紹

• 中文名：正弦回旋加速器
• 外文名：sine cyclotron
• 所屬學科：物理
• 所屬領域：電學

正弦回旋加速器的機理

回旋加速器的基本構成是兩個處於磁場中的半圓D型盒和D型盒之間的交變電場。帶電粒子在電場的作用下加速進入磁場，由於受到洛倫茲力而進行勻速圓周運動，每運動到兩個D型盒之間的電場時在電場力作用下加速，之後再次進入磁場進行勻速圓周運動。在不考慮愛因斯坦的狹義相對論時，由於在磁場中迴旋半徑與速度成正比，故當迴旋半徑大於回旋加速器半徑時，帶電粒子達到最大速度。實際上，根據狹義相對論，帶電粒子的質量隨速度的增加而增加，故實際套用中帶電粒子的迴旋周期並非恆定。

設帶正電的粒子前一次向右經過向右的電場，粒子加速，迴旋半個周期後，粒子又向左經過電場，如果電場的變化周期與迴旋的周期相等，這段時間等於電場變化的半個周期，此時電場方向向左，帶正電的粒子這一次向左經過向左的電場，粒子剛好又能夠加速。半個周期後電場方向與原來相反，原來向右，半個周期後變為向左。如：正弦交流電壓，某時刻為正向最大值，半個周期後就是負向最大值。