粒子加速器的历史演变
1919年,卢瑟福用天然放射源实现了历史上第一次人工核反应,激发了人们用快粒子束改造原子核的强烈愿望。
1928年,伽莫夫对量子隧穿效应的计算表明,能量远低于自然射线的α粒子也可能穿入原子核。研究结果进一步增强了人们发展人造快粒子源的兴趣和决心。
1932年,J.D. Cockroft-Walton E.T. walton在英国卡文迪许实验室研制出700kV高压加速器加速质子,实现了α)He第一个Li(p)多级分压器产生恒定梯度DC电压对离子进行线性加速。
1930年,Earnest.O. Lawrence制造了第一台回旋加速器,直径只有10cm。随后,在M. Stanley Livingston的支持下,建造了直径25cm的大型回旋加速器,加速后的粒子能量可达1MeV。几年后,他们用回旋加速器获得的4.8MeV氢离子和氘束轰击靶核,产生了高强度中子束,还首次产生了人造放射性核素如、和。
1940利用电磁感应产生的涡旋电场,D. W. Kerst发明了一种新型的加速电子电子感应加速器(Betatrons)。它是一个加速电子的环形加速器。与回旋加速器不同的是,通过增加穿过电子轨道的磁通量来加速电子,电子在固定的轨道上运行。在这台加速器中,辐射损失的能量必须作为电子的相对论作用来处理。所有加速粒子都辐射电磁能量,在一定动能范围内,加速电子的辐射损失能量比质子多。这种损失的辐射能被称为同步辐射。因此,电子感应加速器的最大能量被限制在几百兆电子伏。
在研制电子感应加速器的过程中,提出了电子的振荡理论,解决了加速过程中带电粒子的稳定性问题。这一理论适用于各种梯度磁场聚焦的加速器。因此,加速器在其发展史上发挥了重要作用。
电子感应加速器主要用于核反应等方面,但也广泛应用于工业和医疗,如无损检测、工业辐照、放射治疗等。
1945年,Vic Sloor和E.M. Macmillan分别提出了共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,从而推动了电子同步加速器、同步回旋加速器、质子同步加速器等新一代中高能回旋共振加速器的建设和发展。1955
中国科学院原子能研究所建造的700eV质子静电加速器。
1957左右
中国科学院开始研制电子回旋加速器。
1958
中国科学院高能所建造了2.5MeV质子静电加速器。
中国第一台回旋加速器建成。
清华大学400keV质子倍增器加速器建成。
1958 ~1959
清华大学2.5兆电子伏电子回旋加速器束流。
1964
中国科学院高能所完成了30MeV电子直线加速器。
1982
中国第一台自行设计制造的质子直线加速器首次引出能量为10MeV的质子束,脉冲流达到14mA。
1988
北京正负电子对撞机实现正负电子对撞。
兰州近代物理研究所建造了一台扇形回旋加速器(HIRFL),用于加速器中重离子的分离。
1989
北京谱仪推到碰撞点,开始整体检查,用得到的巴巴箱进行刻度。北京分光计开始了它的物理工作。中国科学技术大学设计的同步辐射加速器建成,这是中国第一次启动。它由200MeV电子直线加速器和800MeV储存环组成。
2004年
北京正负电子对撞机重大改造工程(been)一期工程设备安装调试取得重大进展。当年165438+10月19,16,41,直线加速器控制室示波器上显示的电子束流强度约为2年,这表明BEPCⅱⅱ直线加速器的改进取得了重要的阶段性成果。
2005年
北京正负电子对撞机(BEPC)正式结束运行。投资6.4亿元的北京正负电子对撞机二期重大改造工程——双环正负电子对撞机(BEPCⅱ)新储存环正式开工建设。新的北京正负电子对撞机的性能将是美国同类装置的3~7倍,对体积为原子核亿分之一的夸克粒子等基础科学研究具有重要意义。
2015
2015 10,中国科学院高能物理研究所宣布,中国将在2020年至2025年间开始建造世界上最大的粒子加速器,该装置将使科学家能够更多地了解宇宙的运行。这个计划的最终概念将在2016年底完成。LHC强子对撞机产生了希格斯玻色子和许多其他种类的粒子。中国建造的粒子加速器将创造一个只能产生希格斯玻色子的高纯度环境。