电子感应加速器

电子感应加速器的装置原理

在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室，当用交变电流励磁电磁铁时，在环形室内就会感生出很强的、同心环状的有旋电场。用电子枪将电子注入环形室，电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛伦兹力的作用下，沿圆形轨道运动。由于磁场和感生电场都是交变的，所以在交变电流的一个周期内，只有当感生电场的方向与电子绕行的方向相反时，电子才能得到加速。因而，要求每次注入电子束并使它加速后，在电场尚未改变方向前就将已加速的电子束从加速器中引出。由于用电子枪注入真空室的电子束已经具有一定的速度，在电场方向改变前的短短时间内，电子束已经在环内绕行几十万圈，并且一直受到电场加速，所以，可以获得能量相当高的电子。例如一个100 MeV的电子感应加速器，能使电子速度加速到0.999986c 。这里，c是光在真空中的速度。

什么是小型电子感应加速器？

电子感应加速器，是利用感生电场来加速电子的一种装置。
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 。
在电子感应加速器的示意图中，磁轭和磁极均用硅钢片制成。在上下圆形磁极间的气隙中放置用优质玻璃或陶瓷材料做成的环形真空盒。在真空盒内，需要保持Torr的真空度。当电磁铁绕组通以交变电流,产生交变磁场时，在真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内也就产生感应涡旋电场。因磁场分布是轴对称的，所以感应电场的电力线是闭合的同心圆族，其中一条同真空盒轴线相一致。如果用电子枪沿电力线方向将电子注入到真空盒内，那么这些电子将在涡旋电场作用下得到加速。