一文解析電子感應(yīng)加速器的原理

電子感應(yīng)加速器，它利用非靜電力加速，并且并不需要設(shè)備具有很大的尺寸就能實現(xiàn)粒子的高速加速。

一、渦旋電場

磁場的變化會產(chǎn)生感應(yīng)電場，感應(yīng)電場與靜電場的基本性質(zhì)有本質(zhì)的不同：

1.靜電場是有源的，必須有靜電荷的存在，而感應(yīng)電場是無源的

2.靜電場的電場線不是閉合的，起始于正電荷終止于負(fù)電荷，而感應(yīng)電場的電場線是閉合曲線，無頭無尾

3.靜電場有電勢的概念，不同位置有不同的電勢，而感應(yīng)電場沒有電勢的概念，因為沿閉合回路回到原點電場力做功不為零。

由于感應(yīng)電場的這些性質(zhì)，人們描述其電場線就采用一系列無頭無尾的同心圓閉合曲線，看起來像漩渦一樣，所以把這種電場稱為渦旋電場，其電場強(qiáng)度也同樣用字母E表示，方向同感應(yīng)電流的方向，大小與感應(yīng)電動勢成正比，其對所在同心圓的線積分等于感應(yīng)電動勢。

二、電子感應(yīng)加速器

電子感應(yīng)加速器的基本原理是利用變化的磁場所激發(fā)的渦旋電場來加速電子

在電磁鐵的兩極間有一環(huán)形真空室，電磁鐵上繞有通電線圈，通過控制線圈上的交變電流，就可以在兩極間產(chǎn)生一個由中心向外逐漸減弱的交變磁場，這個交變磁場就會在真空環(huán)形室中產(chǎn)生渦旋電場，如圖中虛線所示。如果此時向真空室中沿渦旋電場線切線方向注入電子，電子將受到渦旋電場的作用而加速，同時受到磁場的洛倫茲力而做圓周運(yùn)動，圓周運(yùn)動的半徑

R=mv/Be

為了使電子的運(yùn)動軌跡在固定軌道上，即半徑R不變，就必須使磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電子速度v的變化保持同步

三、幾點說明

1.進(jìn)一步的推導(dǎo)表明：軌道半徑處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率必須是軌道所圍圓面積內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值B’變化率的一半，所以會看到加速器環(huán)形真空室兩極間的間隙從中心向外逐漸增大;

2.實際使用中，加在線圈上的電流是正弦信號，所以渦旋電場的方向也是隨時間改變的，對于正弦信號來講，只有在第一個四分之一周期和第四個四分之周期內(nèi)電流是增大的，此時渦旋電場是正向的，對電子有加速作用，而在另一半周期內(nèi)，線圈電流是減小的，產(chǎn)生的渦旋電場是負(fù)向的，對電子是減速的，所以實際上，通常在第一個四分之一周期內(nèi)就必須把電子導(dǎo)出。

四、小結(jié)

通過控制磁場的變化率可以實現(xiàn)加速半徑為任意設(shè)定值，使得設(shè)備尺寸得以便于設(shè)計。