[科普中国]-高压脉冲加速器

高压脉冲加速器利用电压倍加原理产生高电压来加速粒子的一种加速器。

原理高压脉冲加速器是采用高频电场来加速粒子的。高压脉冲加速器既能加速质子和重离子，也能加速电子，加速质子的称为质子高压脉冲加速器，加速电子的称为电子高压脉冲加速器。质子高压脉冲加速器的能量从几十到几百兆电子伏。电子高压脉冲加速器的能量可从几兆到几十兆电子伏。高压脉冲加速器可作为高能加速器（或对撞机）的注入器，此外在医疗和工业探伤方面也有广阔的应用前景。

质子高压脉冲加速器一般采用高频电场来加速。加速器的外壳是1-2米的大圆筒，内壁是铜制成的，光洁如镜。沿加速腔的轴线方向，装有好多个金属圆管，称为漂移管。漂移管之间的间隙称为加速间隙。漂移管一个比一个长，而间隙也是一段比一段大。当施加高频电源后，在加速间隙中产生较高的高频电场。我们知道，高频电场的方向和大小是随时间迅速变化的，漂移管设计得很巧妙，它好像一个个“防空洞”，洞中设有高频电场，当粒子的飞行方向与电场方向相同时则使粒子加速，当粒子飞行方向与电场方向相反时，粒子正好躲在“防空洞”中，而不会受到电场反向造成的减速；当电场方向又变得和粒子飞行方向一致时，粒子刚好从前一个“防空洞”出来，在第二个加速间隙中得到加速，电场改变时，又正好躲在下一个“防空洞”。就这样粒子每经过一个加速间隙就受到一次加速，经过若干个这样的间隙，就能使粒子具有较高的能量。

优缺点高压脉冲加速器具有束流强度高、能量可逐节增加等优点，缺点是需要昂贵的高频、微波功率源。而且高压脉冲加速器的优点是从零速开始加速很方便，绝大部分回旋加速器的起始加速段（注入器）都是高压脉冲加速器；而且加速重粒子在能量损失方面比起同步加速器来说比较有优势，因为重粒子偏转需要的向心加速度更大；另外事实上都造到很大的时候高压脉冲加速器反而比较不占地方。1

性能分析1、具有从红外线到硬X射线广泛范围内的光滑连续谱。如使用单色器，可获得一定波长的单色光。

2、辐射强度高，一个储存环的辐射总功率常在数千瓦以上。

3、天然准直性好，其发散度一般小于1毫弧度。

4、辐射亮度高，一般比X射线转靶的标识辐射亮度高10倍，比连续轫致辐射亮度高10倍。

5、具有天然的偏振性。在轨道平面上是完全偏振光，其电矢量平行于轨道平面。

6、洁净度很高。因同步辐射是自由电子发光的，不产生其他粒子本底。

7、可实现脉冲化，脉宽可达0.01～1纳秒或更短。

8、光通量、能量分布及偏振度等均可准确计算，并和实验值很好地相符合，因此可做为标准光源。

应用领域高压脉冲加速器多用于光核反应和介子物理等方面的研究。同步辐射装置作为性能良好的新型光源，在原子、分子物理、固体物理、表面物理、天体物理、化学、生物学、医学、环境科学、能源科学、材料科学、光刻技术、显微技术和光学标准计量等等许多科学技术领域里，得到越来越广泛的应用。

故障维修处理1、定期记录机器的电气参数

一些原始数据的记录，有助于提供机器稳定性检查，及时发现隐患。主要的参数有：钛泵电流、加速管电流、加速管灯丝电流、加速管灯丝电压、磁控管灯丝电压、磁控管灯丝电流、磁控管电流及波形、充电电流波形及电流。这些参数可作维修参考，并作为加速管、磁控管寿命判断依据。

2、定期更换冷水机内的冷却水

每半年更换一次水系统的蒸馏水，清洗或更换过滤器，水路不通畅、水压低可导致加速器输出剂量率减少，影响磁控管、加速管（靶）的寿命。

3、更换真空管应注意的问题

更换闸流管，注意：在关机一段时间后，等管冷却，插拔管要托住其底部，防止玻璃破裂；注意管的冷却风扇正常工作，否责严重影响其寿命，管灯丝电压不能小于6V。

更换磁控管应注意以下几个容易忽略的问题：输出波导的新旧型号的尺寸；安装螺丝的质量；注意水冷却铜管不能乱扳（可用加热后冷却的方法软化）；不能用钢铁工具敲磁钢；橡胶垫圈的质量和大小。

更换加速管应注意：拆下管前，先记下四周3个调节对称性的螺丝的位置及相应的调节量（缝隙），这样在装入新管后其对称不会偏差太大、调节容易；同样注意不要乱板其冷却铜管，小心漏水；把灯丝高压线换掉，保证其性能；注意把钛泵的磁钢装上；若钛泵不工作，加速管将因真空恶化损坏。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学