[科普中国]-强子电子环加速器

强子电子环加速器又称强流电子加速器，是指用于强流电子加速的装置。

背景强流相对论加速器在高科技领域已被广泛应用，是核爆模拟、热核聚变等研究的关键设备，Sandia实验室Z装置的功率已达290TW。国内在强流加速器领域的研究也很活跃。随着高功率微波（HPM）的发展，国防科技大学建造了一系列针对HPM应用的加速器，其基本参数满足与HPM源相匹配，并力求简单紧凑，已具备低阻抗（小于10欧姆）的水线加速器和高阻抗（大于10欧姆）油线加速器数台。2003年为支持中高阻抗微波源的研究，在基于原来废弃的Tesla型加速器上，改建成Spark 05强流电子束加速器。

强流电子束流强度达几十万以至上百万安培的束流。它比通常加速器的束流密度高几万倍以至几十万倍。20世纪60年代初期，由于模拟核爆炸条件下γ射线辐照效应和X射线照相的需要，强流脉冲电子束加速器得到了迅速发展，70年代后，由于粒子束惯性约束聚变、电子束抽运气体激光器、电子束产生高功率微波等研究工作的要求，研制了低电压大电流的电子束加速器，并在这些技术的基础上获得了强流脉冲离子束。

电子加速器在电磁铁的两极间有一环形真空室，电磁铁受交变电流激发，在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、并具有对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生电场，其电场线是一系列绕磁感应线的同心圆，这时，若用电子枪把电子沿切线方向射入环形真空室，电子将受到环形真空室中的感生电场E的作用而被加速，同时，电子还受到真空室所在处磁场的洛伦兹力的作用，使电子在半径为R的圆形轨道上运动。

应用感应电场加速电子的电子感应加速器( betatron ) ，是感生电场存在的最重要的例证之一。早在1932年J.斯莱皮恩就提出利用感应电场加速电子的想法，接着也有不少人进行了这方面的研究，但他们都没有成功，直到1940年D.W.克斯特解决了电子轨道的稳定问题以后，才建成了第一台电子感应加速器，把电子加速到2.3MeV。随后这种加速器发展得很快，1942年建成了20MeV的电子感应加速器，1945年建成了100MeV的电子感应加速器。1

Spark 05加速器图为Spark 05加速器的结构示意图。其主要由Marx发生器、油介质Blumlein型脉冲形成线和真空二极管等3

部分组成，全长7m。Blumlein形成线的主开关位于图中形成线的左边，在二极管和形成线内筒右端之间为预脉冲开关和接地电感。

真空界面实际上包括液体、固体及固体、真空2个界面，界面闪络一般是加速器输出电压的瓶颈，也是设计重点之一。研究表明多个45度绝缘体和均压环沿二极管轴向的绝缘结构能均匀电场分布效果很好但结构较复杂，体积较大。2

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李航 - 副教授 - 西南大学