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回旋加速器类型
( 发表时间:2006/6/19 14:03:31)

回旋加速器应用高频电场加速沿园弧轨道作回旋运动的电子、质子或其它粒子。1930年劳伦斯提出回旋加速器的理论后,经多次反复的研究后于1931年和他的研究生利文斯顿(M. S. Livingston)成功的研制出了世界上第一台回旋加速器,这台加速器的磁极直径为10cm,加速电压为2kV,可使氘离子加速到80keV。几年后,劳伦斯的回旋加速器所达到的能量已超过天然放射性和当时其它加速器的能量。此后,人们按劳伦斯理论建造的经典回旋加速器可产生44MeV的α粒子或22MeV的质子。然而,由于相对论效应所引起的矛盾和限制,经典回旋加速器的能量难以超过20MeV。后来,研究人员根据1938年托马斯(L. H. Thomas)提出的建议,到60年代后建造了新型的等时性扇形聚焦回旋加速器(Sector Focusing Isochronous Cyclotron),70年代后,建造了大批能加速相对论性粒子的回旋加速器,尤其是在质子同步加速器基础上发展起来的贮存环和对撞机,在质心系统的有效作用能可达到2~40TeV。电子同步回旋加速器由于同步辐射的限制,其能量不高于8GeV。
     回旋加速器可根据加速粒子的种类来区分。按加速粒子的种类可分为电子加速器、轻离子加速器 、重离子加速器 、微粒子团加速器 等。其中,电子是最常见的一种带电粒子,它易于以大量自由电子的形式获得,也易于加速,静止能量为,0.511MeV,是常见加速粒子中最低的。电子在加速时容易达到相对论速度。轻离子型加速器加速质子、氘和α粒子以及H-、D-等负离子。氢离子的静止能量为938MeV,是轻离子中最小的,而它的荷质比(电荷数与质量数之比)为1,比氘和α高,是各种粒子中最高的。 原子序数Z>2的各原子的(正或负)离子称为重离子。一般重离子的荷质比小,飞行速度低,难于达到相对论的速度。加速设备的规模一般都比较大,造价昂贵。
    ①正离子回旋加速器在回旋加速器中生产正电子核素的许多核反应是由正离子介入来完成的,因此可用正离子回旋加速器直接加速正离子来轰击(Bombardment)靶核生产正电子核素。但加速正离子后得到的高能粒子束需要由金属电极偏转板形成的偏转电场来完成束流的引出,在引出过程中,高能粒子束与金属电极板以及屏蔽材料之间发生碰撞会引起附加的辐射。
 
②负离子回旋加速器负离子回旋加速器则利用碳剥离膜(stripping foil)(简称碳膜)来完成高能粒子束的引出。碳膜被驱动装置定位在回旋加速器内粒子旋转轨道半径上,当粒子束流的能量达到所需的最大能量时,所有出现在提取碳膜区域的负离子束必须穿过碳膜,在穿过碳膜期间,两个约束松弛的外层电子被剥离,负离子失去电子,转变为正离子。由于轴向磁场恒定不变,改变了电极性的粒子束受到与原来相反方向的磁场力的作用而改变了在磁场中运动方向,从而被引出而进入靶室。提取膜的位置直接确定束流的能量,并能够调整引出的束流引导进入任意的同位素生产靶。浙江大学PET中心的住友HM-12Cyclotron即为负离子回旋加速器。

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