[科普中国]-谐波数

在同步加速器或其他圆形加速器中，加速腔频率通常等于粒子束回旋频率的整倍数，这个数称为谐波数。

在同步加速器或其他圆形加速器中，加速腔频率通常等于粒子束回旋频率的整倍数，这个数称为谐波数。由自动稳相原理可以知道，在同步加速器中这个数也正是粒子相振荡稳定区的数目。

同步加速器（synchrotron）是一种环形加速器。由于弯转磁场随粒子能量同步调整，因而在整个加速过程中粒子运动的理想轨道保持不变。

它的环形磁铁系统，通常采用交变梯度强聚焦结构，把粒子束约束在一个环形真空室中旋转几十万圈也不致丢失。环上有规律地留有若千个间隔，称做直线节，用以设置注入、引出系统和高频加速站。加速站上设置高频加速腔,使粒子通过高频电场而加速。

粒子能量的增加，它的惯性离心力也随之增大。要把粒子约束在一个不变的闭合轨道附近，导向磁场必须随粒子能量的增长而同步增强，以便保持洛伦兹力和惯性离心力的平衡。当粒子达到最终能量之后引出，磁场再回复到注入状态。这个过程称做一个循环。

同步加速器可以加速质子和重离子。粒子在 一个不变的闭合轨道上旋转,周长保持不变；粒子能量的增长，速度随之加快，因而旋转周期缩短。要保证粒子受到高频电场的谐振加速，必须使高频电场的频率随之不断提高。

它也可以加速电子。电子的静止能量小，注入到同步加速器中时，它的能量增长，主要表现为相对论性质量的增长，而速度始终接近光速，因而旋转频率不变，高频电场的频率也是不变的。

它是脉冲工作的，一般每秒有一两个脉冲。流强约每秒1013粒子。为了提高流强，可把重复率提高到每秒几十次。

加速腔利用高频场谐振加速带电粒子的筒形体，统称为加速腔。加速腔结构繁多，其最基本的是同轴谐振腔列。

在频率合适的功率源激励下,谐振腔内建立起一定模式的电磁场，内导体之间产生集中的高频电场，粒子在合适的高频相位上通过电场时,即得到加速。1

谐波从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时”谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。

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宋培峰 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心