量子ip下载后可以直接登陆的那个用户账号是什么

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粒子加速器?

粒子加速器（particle accelerator）是用人工方法产生高速带电粒子的装置。是探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具，在工农业生产、医疗卫生、科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应用。自E.卢瑟福1919年用天然放射性元素放射出来的a射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后，物理学家就认识到要想认识原子核，必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有几兆电子伏特（MeV），天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高，但是粒子流极为微弱，例如能量为10^14电子伏特（ eV ）的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个，而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量，难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究，几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器，性能不断提高。在生活中，电视和X光设施等都是小型的粒子加速器。

应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素，并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，促使原子核物理学迅速发展成熟起来；高能加速器的发展又使人们发现包括重子、介子、轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子，建立粒子物理学。近20多年来，加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展；其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。

粒子加速器的结构

粒子加速器的结构一般包括 3个主要部分 ：①粒子源，用以提供所需加速的粒子，有电子、正电子、质子、反质子以及重离子等等。②真空加速系统，其中有一定形态的加速电场，并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速 ，整个系统放在真空度极高的真空室内。③导引、聚焦系统，用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束，使之沿预定轨道接受电场的加速。所有这些都要求高、精、尖技术的综合和配合。

加速器的效能指标是粒子所能达到的能量和粒子流的强度（流强）。按照粒子能量的大小，加速器可分为低能加速器（能量小于10^8eV）、中能加速器（能量在10^8～10^9eV）、高能加速器（能量在10^9～10^12eV）和超高能加速器（能量在10^12eV)。目前低能和中能加速器主要用于各种实际应用。

粒子加速器的分类

粒子加速器按其作用原理不同可分为静电加速器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步回旋加速器 、对撞机等。

1929年，英国物理学家科克罗夫特和沃尔顿一起，设计制造出了一个“电压倍加器”，从而制造出了世界上第一台增加质子能量的装置，他们把它叫做“静电粒子加速器”。这台加速器利用高电压，能把质子加速到将近40万电子伏的能量，便锂原子发生了核分裂，从而首次用人造粒子炮弹实现了核分裂。为经，科克罗夫特和沃尔顿一起获得了1951年的诺贝尔物理学奖。但是不久，人们就发现静电粒子加速器在电压太高时会产生巨大的电火花。这样，要再进一步增大粒子炮弹的能量就不可能了。

然而，正是在首创的“静电粒子加速器”的基础上，科学家们不断努力探索，后来又研制成功了直线粒子加速器、回旋粒子加速器、同瞳回旋加速器、质子同瞳加速器等更高能量的粒子加速器。其中，环形加速器和直线加速器的两种基本型式。

环形加速器

被加速的粒子以一定的能量在一圆形结构里运动，粒子运行的圆形轨道是由磁偶极（dipole magnet）所控制。和直线加速器(Linac)不一样，环形加速器的结构可以持续地将粒子加速，粒子会重复经过圆形轨道上的同一点。但是粒子的能量会以同步辐射方式发散出去。

同步辐射是当任何带电粒子加速时，所发出的一种电磁辐射。粒子在圆形轨道里运动时都有一个向心加，会让粒子持续辐射。此时必须提供电场加速以补充所损失的能量。同步辐射是一种高功率的辐射，加速器将电子加速以产生同相位的X光。

除了加速电子以外也有些加速器加速较重的离子，如质子，以运作更高的能量领域的研究。譬如高能物理对于夸克及胶子的研究分析。

最早的环形加速器为 粒子回旋加速器，1912年由 恩奈斯特•劳伦斯（en:Ernest O. Lawrence）所发明。粒子回旋加速器有一对半圆形（D形）的中空盒子，以固定频率变换电场，用以加速带电粒子；以及一组磁偶极提供磁场使运动粒子转弯。带电粒子从盒子的圆心地方开始加速，然后依螺旋状轨迹运动至盒子边缘。

粒子回旋加速器有其能量限制，因为特殊相对论效应会使得高速下的粒子质量改变。粒子的核质比与回旋频率间的关系因此改变，许多参数需重新计算。当粒子接近光速时，粒子回旋加速器需提供更多的能量才有可能让粒子继续运行，而这时可能已经达到粒子回旋加速器机械上的极限。

当电子能量到达约十个百万电子伏特（10 MeV）时，原本的粒子回旋加速器无法对电子再做加速。必须用其它方法，如 同步粒子回旋加速器和 等时粒子回旋加速器的使用。这些加速器适用于较高的能量，而不用于较低的能量。

如果要到达更高的能量，约十亿电子伏特（billion eV or GeV），必须使用同步加速器。同步加速器将粒子置于环形的真空管中，称为储存环。储存环有许多的磁铁装置用以聚焦粒子以及让粒子在储存环中转弯，用微波（高频） 共振腔提供电场将粒子加速。

直线加速器

带电粒子在直线中加速，运行到加速器的末端。较低能量的加速器例如阴极射线管及X光产生器，使用约数千伏特的直流电压（DC）差的一对电极板。在X光产生器的靶本身是其中一个电极。

较高能的直线加速器使用在一直在线排列的电极板组合来提供加速电场。当带电粒子接近其中一个电极板时，电极板上带有相反电性的电荷以吸引带电粒子。当带电粒子通过电极板时，电极板上变成带有相同电性的电荷以排斥推动带电粒子到下一个电极板。所以带电粒子束加速时，必须小心控制每一个板上的交流（AC）电压，让每一个带电粒子束可以持续加速。

当粒子接近光速时，电场的转换速率必须变得相当高，须使用微波（高频） 共振腔来运作加速电场。

粒子加速器的能量

从20世纪30年代到50年代后半期的20年时间里，加速器的能量增加了几百倍到几千倍。这是因为要发现基本粒子。除了到宇宙线中去寻找外，就得到原子核内部去寻找。原子核内部存在非常强大的作用力，把基本粒子紧紧地结合在一起，因此研究基本粒子需要很大的能量。随着加速器能量的增加，在实验室中所发现的基本粒子数目也增多了。

现在，粒子加速器的规模已有小于一个大型机器制造厂，其用电量相当于一个中等城市，工作人员可达数千人，有宇宙粒子制造厂之称。但是，尽管今日粒子加速器能量已经够大的了，可它仍然远远不能适应探索原子奥秘的要求，因此随着人们对原子奥秘探索的深入，粒子加速器仍会为断地改进。

粒子加速器的发展

粒子加速器最初是作为人们探索原子核的重要手段而发展起来的。其发展历史概括如下；

1919年，卢瑟福用天然放射源实现了历史上第一个人工核反应，激发了人们用快速粒子束变革原子核的强烈愿望。

1928年，伽莫夫关于量子隧道效应的计算表明，能量远低于天然射线的α粒子也有可能透入原子核内。该研究结果进一步增强了人们研制人造快速粒子源的兴趣和决心。

1932年，J．D．考克饶夫特（John D. Cockroft）和E.T.瓦尔顿（Earnest T. S. Walton）在England的 Cavendish 实验室开发制造了700kV高压倍加速器加速质子，即Cockroft-Walton 加速器，实现了第一个由人工加速的粒子引起的Li（p，α）He核反应。由多级电压分配器（multi-step voltage divider ）产生恒定的梯度直流电压，使离子进行直线加速。

1930年，Earnest O. Lawrence制作了第一台回旋加速器，这台加速器的直径只有10cm。随后，经M. Stanley Livingston资助，建造了一台25cm直径的较大回旋加速器，其被加速粒子的能量可达到1MeV。几年后，他们用由回旋加速器获得的4.8MeV 氢离子和氘束轰击靶核产生了高强度的中子束，还首次生产出了24Na、32P和131I等人工放射性核素。

1940 由 D. W. Kerst 利用电磁感应产生的涡旋电场发明了新型的加速电子电子感应加速器（Betatrons）。它是加速电子的圆形加速器。与回旋加速器的不同之处是通过增加穿过电子轨道的磁通量（magnetic flux ）完成对电子的加速作用，电子在固定的轨道中运行。在该加速器中，必须和处理电子的相对论作用一样来处理由辐射而丢失的能量。所有被加速的粒子辐射电磁能，并且在一定动能范围内，被加速电子的辐射损失能量比质子的多。这种丢失的辐射能称同步加速辐射。因此，电子感应加速器的最大能量限制在几百MeV内。

在研制电子感应加速器的过程中提出了电子的振荡理论，并解决了带电粒子在加速过程中的稳定性问题，该理论适用于各种类型的梯度磁场聚焦的加速器。因此，在加速器的发展历史上，该加速器起了重要的作用。

电子感应加速器除了主要用于产生的γ射线做核反应等方面的应用外，还广泛用于工业和医疗方面：如无损探伤、工业辐照、放射治疗等。

1945年，V•.I• 维克斯勒尔和.E.M.麦克米伦分别提出了谐振加速中的自动稳相原理，从理论上提出了突破回旋加速器能量上限的方法，从而推动了新一代中高能回旋谐振式加速器如电子同步加速器、同步回旋加速器和质子同步加速器等的建造和发展。

中国三大高能物理研究装置---中国的粒子加速器

80年代，我国陆续建设了三大高能物理研究装置――北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥同步辐射装置。为什么国家要花费如此巨资，建设这三大高能物理研究装置呢？

中国科技大学同步辐射加速器实验室随着科学技术的发展，人类对物质结构的认识是从一开始看到身边的各种物质逐渐发展到借助放大镜、显微镜、直到后来的粒子加速器、电子对撞机等，逐步深入到细胞、分十、原子和原子核深层次，每深入一步都会带来巨大的社会效益和经济效益。原子核及其核外电子的发现，带动了无线电、半导体、电视、雷达、激光、 X光的发展，而近几十年对原子核的研究，则为原子能的利用奠定了理论基础。

要想了解物质的微观结构，首先要把它打碎。粒子加速器就是用高速粒子去“打碎”被测物质，让正负电子在运动中相撞，可以使物质的微观结构产生最大程度的变化，进而使我们了解物质的基本性质。

北京正负电子对撞机

北京正负电子对撞机是一台可以使正、负两个电子束在同一个环里沿着相反的方向加速，并在指定的地点发生对头碰撞的高能物理实验装置。由于磁场的作用，正负电子进入环后，在电子计算机控制下，沿指定轨道运动，在环内指定区域产生对撞，从而发生高能反应。然后用一台大型粒了探测器，分辨对撞后产生的带电粒千及其衍变产物，把取出的电子信号输入计算机进行处理。它始建于1984年10月7日，1988年10月建成，包括正负电子对撞机、北京谱仪（大型粒子探测器）和北京同步辐射装置。

北京正负电子对撞机的建成，为我国粒子物理和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景。它的主要性能指标达到80年代国际先进水平，一些性能指标迄今仍然是国际同类装置的最好水平。

兰州重离子加速器

兰州重离子加速器兰州重离子加速器是我国自行研制的第一台重离子加速器，同时也是我国到目前为止能量最高、可加速的粒子种类最多、规模最大的重离子加速器，是世界上继法国、日本之后的第三台同类大型回旋加速器，1989年H月投入正式运行，主要指标达到国际先进水平。中科院近代物理研究所的科研人员以创新的物理思想，利用这台加速器成功地合成和研究了10余种新核素。

合肥同步辐射装置

合肥国家同步辐射实验室直线加速器 合肥同步辐射装置主要研究粒子加速器后光谱的结构和变化，从而推知这些粒子的基本性质。它始建于1984年4月，1989年4月26日正式建成，迄今已建成5个实验站，接待了大量国内外用户，取得了一批有价值的成果。

中国科学技术大学同步辐射加速器实验室1989年4月提前建成并调试出束。

激光粒子加速器

美国科学家Tomas Plettner在近日出版的《物理评论快报》上报告，他和斯坦福大学、斯坦福线形加速器中心（SLAC）的同事一起，用一种波长800纳米的商用激光调节真空中运行的电子的能量，获得了和每米递减4千万伏的电场一样的调制效果。这一技术有望发展成新型激光粒子加速器，用来将粒子加速到Tev（万亿电子伏）的量级。

传统的加速器必须做成几百米甚至更长的庞然大物，以将粒子能量提升到粒子物理学家所需的程度。最近几年来，科学家发展出一种主要基于激光等离子体的技术，可获得比传统加速器更高的加速梯度，从而为缩短加的长度带来可能。然而，之前的一些技术往往导致同步加速器的辐射损失或降低粒子束的质量，限制了其对粒子物理学家的吸引力。

斯坦福大学研究小组开发的新方法，在用激光束加速的同时，施加一个和激光同向的纵向电场，形成叠加的加速效果。电子获得的能量自然等于纵向电场和激光束单独作用施加能量之和。该装置在真空中加速电子，而不是在复杂得多的等离子体环境中。

在自然空间，激光的相位——单一波长光的传播——比电子的低，因此不会影响加速效果。然而，Plettner和同事现在用一种镀金的带状聚合物，在电子束和光束互相作用的点上设置一条“边界线”；该线减轻了电子束和光束之间的相互影响，使两者之间产生电子加速所需的能量交换，从而克服了这个问题。

“这项工作最初、最主要的动机是想探索开发粒子加速器的可能性，从而把现有直线加速器的长度缩减一个数量级。”Plettner说，“这将导致碰撞能达1Tev甚至更高的‘紧凑’型高亮度轻子碰撞的出现。”据悉，新方法还可能导致小型X射线源技术的发展。