[科普中国]-扇形聚焦回旋加速器

又称磁场强度随方位角变化的回旋加速器（简称AVF）,是一种能克服经典回旋加速器能量限制, 提高加速粒子能量的圆形加速器。 为克服经典回旋加速器能量限制，1938年L.H.托马斯提出了扇形聚焦回旋加速器初步概念，他建议使磁场沿方位角调变来保证轴向聚焦，平均磁场沿半径增长以保持严格谐振加速。最初扇形回旋加速器采用直边扇形垫片来产生磁场的方位角调变，叫托马斯型回旋加速器。60年代又进一步发展了螺旋线回旋加速器和分离扇回旋加速器。 扇形聚焦回旋加速器束流能量分辨本领和能量平滑可调性能够同现代的串列静电加速器相媲美。

概述结构组成螺旋线型回旋加速器的磁铁如图1所示，它的磁极面由一块块等厚的边缘为螺旋线形的垫铁安装而成，平均磁场随半径增加，而轴向聚焦力则由扇形磁极所产生的方位角变化磁场提供。这类加速器的主平面为pp。在此面上的磁场强度用B表示，由于粒子的运动轨道不再是一个圆，在磁铁扇块边缘上，当粒子斜越时，B作用在速度为v的粒子上的力指向 pp面，这就是所谓边缘聚焦，力的大小和方向由扇块边缘形状决定。只要边缘形状选择恰当，即使在加速器其他区域是轴向散焦的，粒子回旋一圈后，其总的效果仍然可以是轴向聚焦的。

扇形聚焦回旋加速器的粒子回旋频率不随粒子能量增加而变化。同固定的高频频率始终匹配，因此它又称为等时性回旋加速器。

此外，利用扇形垫块或电流垫补线圈可以将这种加速器的平均磁场在很大范围内垫补成为满足加速具有不同能量的各种粒子所需的等时场分布。

自1958年建成世界上第一台12MeV质子扇形聚焦回旋加速器以来，这类加速器的建造数目剧增，许多实验室相继把原有的经典回旋加速器改建为这类加速器。

特点区别扇形聚焦加速器的结构同经典回旋加速器的差别是：在磁极表面有扇形垫铁和圆形调谐线圈，在两个相邻扇形垫铁之间的谷中，装有补偿一次谐波的谐波线圈。在中心区设有增强磁场的垫补铁盘或圆形线圈，以利用其随半径减弱的桶形磁场获得轴向聚焦。有些加速器，为了更充分地利用磁极间隙，而将D形电极做成扇形的安置于极面上两扇形铁块之间的谷内，相应于这种D形电极系统将要求其高频系统为多相的，或者是倍频的。在加速某些粒子，特别是加速极化离子时，离子源放在加速器外边，离子通过适当的离子光学系统注入到加速器中。1

工作原理分离扇回旋加速器的工作原理与扇形聚焦回旋加速器相同，图2是一个四扇直边分离扇回旋加速器的示意图。分开的扇形磁铁对称地沿环形安装。磁铁之间为无场区域，称之为谷区域。固定频率的大功率高频腔可安装在这些区域中，使得粒子获得较高的能量增益。一般高频腔的峰值电压为250kV，因此粒子轨道的圈间距增大，便于注入和单圈引出，从而使束流品质提高。在加速器的中心区域，由于有较大的空间，可以安装有较大偏转能力的磁元件。磁铁之间气隙也较小，容易获得较高的磁场强度。如果在极面上安装有若干对垫补电流线圈，通过调整电流能得到加速不同能量的各种粒子所需的等时场。 这种加速器在若干加速器构成的组合系统中，可作为较理想的主加速器。特别是对重离子加速器系统，如果用圆形加速器作为主加速器的话，一般是分离扇回旋加速器。

这种加速器一般都需要有一个小型加速器作为它的注入器，很少单独使用。1

制备放射性氯化铊注射液靶子加工成一定厚度的高纯金属铭片，装入具有水冷、气冷腔的2π靶室中，利用本所扇形聚焦回旋加速器所产生的30MeV质子辐照天然铊靶，籍助203TI（p，3n）201pb→201Tl核反应制备201TI。联合使用液一液萃取和阴离子交换法对辐照后的靶片进行处理。20次热试验证实此方法高效而简便、安全可靠、易于远距离操作。产品中201TI核纯度为99.2%（200TI0.76%，202TI0.04%），放化纯度大于98%，产品中铊含量0.5μg/mCi201TI，化学杂质除Ca含量为13μg/ml，Mg为1.2μg/ml外，其他均小于1ppm。可同时获得无载体203Pb。2

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学