粒子加速器

粒子加速器或加速器是一种利用电场将电荷粒子加速到高速并在定向射线中识别它们的装置。基于阴极射线管的电视使用简单的速度加速器。速度加速器有两种类型：直线或直线加速器和圆形加速器。用作粒子对撞机的加速器被称为原子对撞机。

对撞机的一个例子是在日内瓦，由欧洲核子研究组织（CERN）新建的大型强子对撞机。

高能粒子束用于基础科学和应用科学研究。科学家在尽可能高的能量水平下进行粒子之间的相互作用，以发现新的基本粒子并了解物质、宇宙和时间的结构。这些反应是通过在几百兆电子伏特的粒子动能下与已知粒子（如电子或质子）碰撞而进行的，大型强子对撞机以 7 太电子伏特的能量达到质子碰撞，比 1 千兆伏特高 7000 倍。

物理学家需要将质子加速到极快的速度，原因包括：首先，克服两个带正电的质子之间发生的排斥力，其次，因为两个碰撞质子的能量增加可以产生质量大于质子质量的粒子，因为质子的部分能量在碰撞时转化为物质（根据爱因斯坦发现的物质和能量的等价性）。) .也就是说，反应产生的两个质子将比碰撞前具有更大的重量！第三，质子撞击时的能量越大，质子破坏和释放其成分的可能性就越大，这些成分是夸克的类型。Fairmilab对撞机甚至可以在一个电路中加速质子，并在另一个电路中以相反的方向加速质子的对立面（带负电），然后引导质子和反质子泛滥发生碰撞，并研究撞击产物。对产品的研究首先要测量它们，即使用粒子计数器。

最简单的粒子形式之间的相互作用和相互作用是：轻子（如物质的电子、正电子和夸克，或量子场论中的光子和胶子）。由于颜色限制而无法获得孤立的夸克，因此最简单的实验首先涉及轻子之间的相互作用，其次是轻子与含夸克的核子和胶子的相互作用。为了研究夸克之间的碰撞，科学家们求助于原子核的碰撞，这在高能中可能很有用，因为它们是两个含有夸克和胶子的物体相互作用的基础。基本粒子科学家倾向于使用设备来产生电子、正电子、质子和反质子束，以尽可能高的能量（通常为数百电子伏特）相互相互作用或与最简单的原子核（如氢核或氘）相互作用。原子和宇宙学家可以使用抽象的、无电子的原子束来检查原子核本身的结构、相互作用和性质，以及物质在极端密度和温度下的密度，例如那些被认为发生在大爆炸第一时刻的原子。

除了具有根本重要性外，高能电子还可以通过同步辐射结合成有凝聚力的、高能的、完全明亮的紫外线和 X 射线光子束，因为光子在原子组成、化学、凝聚态物理、生物学和技术研究中有许多用途。另一个例子是欧洲Synctron设施（ESRF），它最近被用于提取被困在琥珀中的昆虫的详细三维图像。 因此，具有中等电子伏特和高密度能量的电子加速器需求量很大。

粒子加速器的日常例子是电视机和 X 射线发生器中的阴极射线管。这些低功率加速器通常使用一对电极，中间有几千伏的直流电压。在X射线发生器中，加速电子击中的目标与电极相同。 其中一种低功率加速器称为离子注入器，用于制造集成电路。

能够将带电粒子加速到足以开始核反应的直流加速器类型是将交流电转换为高压直流电的 Cockcroft-Walton 发电机或电压倍数，或使用静电的范德格拉夫发电机，橡胶带形成并累积高达 200 万伏特。 它使用最大和最强大的粒子加速器，如RHIC和SEREN的大型强子对撞机（LHC）（自2009年11月中旬开始运行）[ 以及粒子物理实验中的 Tivtron。

这些加速器还产生快速质子的通量，与大型强子对撞机的光速一样快。其他人则生产用于医学的富含质子的元素，并且与核反应堆中可以产生的富含中子的元素不同，一些新发现已经展示了一种通过加速氢的重同位素来生产钼-99的方法，钼-99通常在核反应堆中产生，但这种新方法还需要生产氢氚的重同位素。在核反应堆中。此加速器的一个示例称为 位于美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的洛斯阿拉莫斯国家实验室的LANSCE。

在圆形加速器中，粒子通过电磁铁在圆形路径中加速，电磁铁保持加速粒子通量的旋转曲线。转速加速器能够在加速器电路中连续和无限期地加速粒子。 目前最大的圆形加速器是位于法国和瑞士边境的大型强子对撞机，周长27公里，完全建在地下，平均深度为100米。这项工作实际上始于2010年，物理学家对新的科学发现充满热情，这些发现可能会改变我们目前对宇宙本质的理解。