量子加速器粒子加速器的工作原理是怎样的

什么是粒子加速器？

利用电场的力来加速粒子运动的仪器。

带电的粒子在电场中受到电场力，这个力推动粒子前进，加速。

我们可以把几个粒子加速，对撞，粒子撞开成更小的部分，对此进行科学的新研究。

世界上最大的粒子加速器是什么？

欧洲大型强子对撞机（上图）定于2008年9月10日启动，加速第一批质子，测试超导电磁体控制性能，为高速粒子对撞实验做准备。

一些科学家预言，10日因此将成为物理学研究的重要里程碑。

　　试运行 　　欧洲大型强子对撞机（LHC）是世界上最大的粒子加速器，建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中，隧道全长26.659公里。

大型强子对撞机2003年开始修建，将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。

　　对撞机“开足马力”后，能把数以百万计的粒子加速至将近每秒钟30万公里，相当于光速的99.99%.粒子流每秒可在隧道内狂飙11245圈，单束粒子流能量可达7万亿电子伏特。

　　欧洲核子研究中心定于10日将第一批质子注入对撞机，开始加速测试。

科学家将检验对撞机各组成部分电路，检测对撞机整体运行状况。

　　如测试成功，欧洲核子研究中心下一步将着手反方向的粒子加速测试，为粒子高速对撞做准备。

　　运行方向相反的两束高速粒子流一旦对撞，碰撞点将产生极端高温，最高相当于太阳中心温度的10万倍。

　　大型强子对撞机探测器“ATLAS”项目发言人彼得·热尼8日告诉法新社记者：“我们将（由此）进入一片物理学新领域。

周三（10日）将是非常重要的里程碑。

” 　　任务重 　　科学家希望能够在对撞机前所未有的对撞能量帮助下，探秘“希格斯玻色子”和其他未解之谜。

另外，科学家期望借力对撞机研究“超对称理论”和宇宙大爆炸等内容。

　　大型强子对撞机定于今年年底前全部建成，开始投入正式运行。

英国《新科学家》杂志评论说：“大型强子对撞机不只是一台机器，还代表了我们这代人对知识的渴求。

” ??? 不用怕 ??? 一些人担心，高速粒子流对撞产生的巨大能量会产生“黑洞”，瞬间吞噬地球。

??? 为此，欧洲核子研究中心不得不委派一个专家小组，借助于计算向人们证实，这种情况不可能发生。

法国方面也作了类似安全评估。

??? 艾马说，一次试运行足以产生一大堆数据，科学家需要大量时间分析，“要想着手发现新东西，需要数周或数月时间”。

??? 大型强子对撞机定于今年年底前全部建成，开始投入正式运行。

英国《新科学家》杂志评论说：“大型强子对撞机不只是一台机器，还代表了我们这代人对知识的渴求。

”

粒子加速器有有哪些特点？

加速器是一种能人工把带电粒子的束流加速到高能量的装置。

它是研究原子核和基本粒子的重要设备，近年来，在工农业和医疗卫生事业中的应用也日益广泛。

按粒子运动的轨道形状，可分为直线型和圆型加速器两大类，前者有高压倍加器、静电加速器和直线加速器，后者有电子感应加速器、回旋加速器、质子同步加速器等。

目前世界上最大的粒子加速器是美国费密国立加速器实验室的一台质子同步加速器，它可以把质子加速到500GeV（1GeV代表10亿电子状）。

束流强度已达2x1013质子／脉冲。

实际上这台大加速器是由4台加速器组成：750keV的预注入器，200MeV的直线加速器，8GeV的快速增强器和500GeV的主加速器。

预注入器也叫高压倍加器，是用来产生质子束流的低能强流加速器。

质子从这里开始加速，把从离子源中引出的负氢离子加速到750keV；直线加速器，它由9节组成，总长约150米，安装在地下隧道之中，它的作用是把预注入器中产生的束流加速到200MeV；束流从直线加速器出来，经中能输运段，就来到快速增强器。

这也是一个同步加速器，每秒钟可加速15次。

负离子注入时穿过一层薄膜，就剥去外层电子而成为质子。

经多次加速后能量可达8GeV。

然后引出束流向主加速器注入。

主加速器直径2千米，是截面为马蹄形的混凝土隧道，铺设在深约7米的地下。

它的作用是把质子加速到高能量，完成最后的加速。

正常运行能量为400GeV，最高能量达500GeV。

计划在主加速器上再造一个超导主加速器环，预计能量可提高到1000GeV。

第一个现代物理实验室 19世纪末叶，物理学进入了一个新的发展时期，推动物理学发展的物理实验，同时从经典物理学发展时期以个人为主辅以简单仪器进行研究的形式，发展到近代物理学研究中集体分工合作并配备高级精密仪器的形式。

这种发展，导致现代物理实验室的出现。

最早的现代物理实验室是英国的卡文迪许实验。

不少人以为这个实验室是著名的英国科学家、引力常数的测定者、确定水的组成并发现氢气的亨利·卡文迪许建造的，其实不是这么回事。

当卡文迪许实验室建成时，亨利·卡文迪许离开人间已有半个多世纪了。

卡文迪许实验室是在英国公爵德冯夏尔·卡文迪许的资助下建成的。

这位同姓的公爵是亨利·卡文迪许的亲戚。

卡文迪许实验室于1872年破土动工，两年后就在剑桥自由学校巷里建成。

说也奇怪，这个物理实验室竟是在一位著名的理论物理学家——麦克斯韦的领导下筹建的，他还是它的第一任主任。

为了给实验室增添仪器，麦克斯韦拿出了自己不多的积蓄。

卡文迪许实验室它不仅出成果，而且出人才。

许多有成就的物理学家都曾在这里受到过现代物理学的熏陶。

领导卡文迪许实验室的都是成就辉煌、赫赫有名的现代物理学大师。

继麦克斯韦之后，任卡文迪许实验室主任的有：现代声学和光学的奠基人瑞利，电子的发现者J·J·汤姆逊（他在28岁时就当上了主任），现代原子核物理学之父卢瑟福，以科学研究组织工作见长的W·L·布拉格，现代固体物理的先驱莫特。

除麦克斯韦之外，都是诺贝尔奖金获得者。

粒子加速器用来干什么的

粒子加速器就是通过磁场与电场的作用，使粒子获得高速，然后获得能量。

即动能。

获得能量之后，高速运动的粒子相碰撞，可以获得更多的能量。

原 子 弹 等 高 科 技 武 器 就需要粒子加速碰撞来引暴。

当然这只是一个方面。

若有不理解的地方，欢迎在线咨询。

粒子加速器怎么控制粒子对撞方向？

粒子加速器 粒子加速器利用电磁场来控制小的带电粒子的速度和方向。

这些粒子被加速粒子包括电子，质子，电离原子，甚至是奇特的粒子比如正电子和反质子。

最简单的粒子加速器就是我们熟悉的电视接收机。

阴极射线管（CRT）使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子击打屏幕上的荧光物质使其发光，通过偏压来调节电子束流强度，就会在旧型号的电视屏幕上形成明暗不同的光点形成各种图案和文字。

（新型号的平板电视工作原理则不同。

）今天用在各种不同科学设备中的粒子加速器被的尺寸，能量，造价，复杂性，变异性和目的也大不相同；但是其基本原理则是十分简单的。

埃蒙德威尔森估计如果把所有的直线加速器，回旋加速器，同步加速器对撞机计算在内的换，全球大约有超过1万台运行中的粒子加速器（绝大部分是医疗辐射用的——据mirrorliwei回复中所说）。

粒子加速是物理学研究中的重要部分，同时也会成为新闻报道的科学发现中的一部分内容。

最著名的粒子加速器就是高能粒子加速器，所以本条目首先讨论高能粒子加速器，然后以时间顺序来探讨其他加速器。

最后一部分讨论粒子加速器在一些大众文化中的形象以及相关的技术问题。

高能粒子加速器 粒子加速器是每个参与到科学传播工作中的人都十分感兴趣的事情，因为它形成了一个微观世界，而通过这个微观世界人们可以观察到科学和政治之间，科学和公众之间，跨越国界的科学之间以及科学和技术之间的相互依存关系。

在这方面最明显的例证就是高能粒子加速器。

高能粒子加速器运行的经费高达数千万美元，而每个加速器都需要成千上万的研究人员对此开展工作。

大多数粒子加速器都健在地下的隧道系统内，除非在主要的设备输入口和对磁场和对引导粒子的磁场和地位系统进行定期维修的维修站才能观察到它的外表。

全球目前有五个正在运行的高能粒子加速器。

第六个高能粒子加速器，也就是所谓的超高能超导对撞机，于20世纪90年代开始建造，但是在其竣工前就被放弃了。

随着第一次试验束在2009年9月产生，全球最具能量的高能粒子加速器成为欧洲粒子物理研究中心会新一代的大型强子碰撞型加速装置（LHC）。

LHC可以加速线圈中的质子使其向反方向运动直到与它们前面一组具有14万亿电子伏能量的探测器发生碰撞。

LHC的初始目标是收集希格斯玻色子存在及其特性的数据，希格斯玻色子有时候也被称为“上帝粒子”（其名称来源于莱昂莱德曼的一本书）。

希格斯玻色子被认为是大统一理论的关键问题，该理论可以用来解释四种人类目前所知的所有的力，即强相互作用、弱相互作用、万有引力、电磁相互作用。

人们还认为希格斯玻色子给粒子赋予了质量，从这个意义上说，它在理解为什么宇宙大爆炸之后物质而非反物质充斥整个宇宙，这和对称性的假设是背道而驰的。

1995年开始建造LHC光束线和探测器，由于超导磁铁的问题以及其实际费用超过了起初预计费用的三倍多使得其建设工作被推迟了。

LHC的建设工作遇到了一些反对意见，这和以前位于纽约的布鲁海文国立实验室建设相对重离子碰撞机遇到的反对意见类似。

有些人担心这可能会产生小型黑洞，并且可能产生不可控的后果。

粒子物理学家不断地解决这些争议，最近主要是通过任命两个独立的评估委员来开展这项工作。

反对者试图通过在美国法院和欧盟人权法院发起诉讼来阻止LHC的建设工作，2008年夏季这两个法院均对该案予以驳回。

欧洲粒子物理研究中心的设施位于瑞士的日内瓦附近，其成员单位包括20个国家，还有另外8个国家是观察员的身份（参与并提供项目经费，但是不发挥决策作用）。

该机构起初的12个成员国于1954年形成；其成员单位的数目在冷战的结束后的1990年开始增加。

欧洲粒子物理研究中心实现了很多个第一次，包括由于发现W玻色子和Z玻色子而获得1984年物理学诺贝尔大奖的鲁比亚（该组织获得的第二个物理学诺贝尔奖的是1992年发明并发展了粒子探测器，特别是多丝正比室的乔治夏帕克）。

这个粒子加速器综合体如今还有用来研究反物质的粒子减速器，1995年这里制造出了第一个反氢原子。

也许该中心实验室最著名的就是万维网了，它制造出了超文本置标语言以使得数据可以共享，包括视频资料。

该项目开始于1989年，1993年该实验室宣布任何对这些数据有兴趣的人都可以使用。

目前正在开展的分布数据处理项目（融合到当前产生探测器的功能中）有可能进一步变革分布式的计算方式。

其他高能粒子加速器包括俄罗斯的布德克尔布德克尔布德克尔核物理研究所的正负电子对撞机，日本高能加速器研究组织（KEK）的电子—正电子和质子—质子对撞机，德国电子同步辐射加速器中心（DESY）的电子—质子对撞机，美国费米实验室的质子—反质子对撞机。

在LHC开始运行之前，这些加速器是能量最高的加速器，并且在1995年发现和测量T夸克方面是功不可没的，T夸克的发现对物理学的模型进行了确证和改进。

费米实验室不仅对物理学做出了贡献，它在艺术，建设和环境科学亦有所贡献。

比如，美国中西部仅存的一个草原生态系统上的野牛群变得生机勃勃。

费米实验室还因其治理结构（其高校科研协会（URA）直到最近才被芝加哥大学所取代，这还是在URA的支持下实现的）以及其家庭友好型的雇佣政策而闻名，这项雇用政策使得费米实验室的40%工作人员都是女性（这和女性只占到12%的主流物理学家群体不同）。

费米实验室获得了建造LHC的最大一笔合同，它为其提供最复杂的磁铁。

其中的一个磁铁损坏导致了LHC建设的延误，从而其光束线没有实现于2008年9月正式运行的预定目标。

加速器的种类 由于可以用粒子加速器这些复杂的工具开展科学研究，因而科学传播对于粒子加速器也有一定的兴趣。

直线加速器于20世纪30年代出现。

其中最大的一个是伯克利国家实验室的先进光源，它被用来发现（更确切地说是建造）很多最重的原子，这些原子如今都列在了化学元素周期表中（高中化学课本中都有这个表格）。

直线加速器在制造同位素方面也是有用的，比如用在一些医学成像程序中的重同位素。

其缺点是利用直线加速器所产生的能级的明显不足：要获得更好的能力需要更长的电磁体以确保可以持续地对粒子进行加速。

很难保证长通道的磁铁在远距离上还保持笔直的状态，即使是地壳轻微的变动的也会对其产生影响（在建造长输管道的时候也面临这个挑战，比如阿拉斯加管道系统）。

还有涉及到优先使用权和政府间合作的问题。

提议建设跨国的直线加速器在技术规范方面很容易实现，但是关于经费和选址的细节方面还需要进一步研究。

一般来说，如果一个粒子加速器要获得更高的能量，那么电磁体就不仅要用来对粒子进行加速，还要改变它们的方向以确保粒子做回旋运动，并在这个过程中粒子被多次加速从而达期望的能量。

第一个采用这个技术的粒子加速器就是同步回旋加速器。

同步回旋加速器进来主要被用来产生紫外线和X射线谱的能量激光样束。

这些X射线谱被用在不损害物体而对其内部进行成像方面。

比如，最近利用欧洲同步辐射设备（ESRF）发现了到目前为止仍是未知的写于中世纪时期的福音书。

加速器的争议 一旦超导超级对撞机（SSC）建设成功，它将成为世界上最大的粒子加速器（与欧洲粒子物理研究中心27千米的LHC相比，其距离是87千米）。

该对撞机的建设项目开始于1983年。

1993年，在耗资22亿美元完成23千米隧道的建设工作后，美国国会通过投票决定中断该项目。

在公众的印象中，该项目是美国科学政策的重大失误，但是对于这个重大失误是启动了这个项目还是中断了这个项目则没有达成共识。

在终止这个项目的主要原因方面也没有达成共识。

当然，造价的不断攀升——从40亿美元扩展到140亿美元——是其中一个因素。

造价不断攀升的一个主要原因是建造隧道的费用以及超导磁铁的问题（根据合同，这个磁铁有费米实验室提供）。

该项目被取消的其他原因包括广义上的政治发展趋势；开始设立这个项目的共和党政府和国会于1992年被民主党所取代，它们都致力于减少联邦开支和平衡预算。

该项目是一个大科学项目，就此而论，它通常被用来和国际空间站进行比较并把它视为正在减少的国际空间站的竞争对手。

进而，考虑到公众认为需要支持更多的“小科学”项目（即那些预算费用少于100万美元并且可以在大学和私立部门现有设施基础上开展的项目），大科学研究的整个理念都受到质疑和批评。

最好把大科学声誉的下降和冷战的结束结合起来去考量，因为大科学的出现是受到“通过另外的手段延续战争”的竞争所鼓舞而出现的。

该项目的管理也由于时间和金钱方面的效率低下而备受批评（比如，人们举办了一个圣诞聚会促使该项目政治上的支持者成为负面新闻报道的对象）。

然而，该项目的破产最后是由于项目开始是的传播策略。

对何处建立这个超导对撞机是一个竞争性的政治运动，38个周提出申请并解释为什么应该把地址选择它们那里（甚至有些州内部也有竞争）。

当最终的地址确定为德克萨斯州（达拉斯的南部）的时候，对该项目的支持声音几乎一下子都倒戈相向了，并把它称为是“德克萨斯的地方建设经费”。

该项目为了吸引地方荣誉和经济发展，而把基调定位于非科学的公众方面。

该项目的卖点就是它会确保美国科学在全球处于领先地位，对地点的竞争也被提升到该地址会吸引全球重视的低位，有些事情并没有向预想的那样促进深入的合作。

相似地，该项目主张它能以给本地区带来游客和产生副产品（比如，让德国和日本把以前用在加速器中的超导磁铁用来建设磁悬浮列车）的形式带来经济效益，但是过于关注经济效益导致了对地方建设经费的批判。

简言之，对各种利益群体开展一个就该项目的优点而不是对其要解决的问题的科学研究项目也许不是一个在该项目长期运行中可以持续的且涉及到粒子加速器各种挑战的说服性策略。

观察一下刚提出的下一代粒子加速器——国际直线对撞机（ILC）——在地址的选择上不疏远任何一个国家，也不牺牲非科学呼吁的可见性的情况下如何吸引众多资金以及协作方面的困难应该是很有意思的事情。

大众文化中的粒子加速器 由于很多原因，粒子加速器在科学传播方面也是有意思的，如果之谈机器方面的事情就显得肤浅了。

粒子加速器促使很多科幻作者和影视剧导演发挥了自己的想象力。

比如，（因撰写畅销书《达芬奇密码》一书而名声鹊起的）丹布朗撰写了一部名为《天使与魔鬼》的小说，在该书中欧洲粒子物理研究中心既是背景的一部分，也是故事情节的核心元素（虽然在该书中欧洲粒子物理研究中心被以小说化的形式体现出来）。

与核辐射发光与众不同的是切伦科夫辐射。

从技术上来说，辐射发光应该是深且鲜艳的蓝色而不是通常所描述的绿色（比如20世纪70年代电影中描述的那样，比如《哥斯拉》），并且从技术上来说切伦科夫辐射是粒子加速的产物，而不是核衰变的产物，所以在现实世界中观测这种光的最好方式就是观看粒子加速器。

利用正电子和反质子（反物质的基本组成元素）的科幻电影数不胜数。

早期的《星际迷航》中的情节把反物质描述为能量的源泉，而没有提到我们可以利用粒子加速器的单独存储环来制造反物质。

粒子加速器的工作原理是怎样的

带电粒子在电场中会受力而得到加速、提高能量，这是至今为止的粒子加速器采用的原理，中性粒子不可能在这样的原理下得到加速。

因此，粒子加速器应定义为：利用电磁场加速带电粒子的装置。

粒子加速器可以加速电子、质子、离子等带电粒子，使粒子的速度达到几千公里/秒、几万公里/秒，甚至接近光速（光在真空中的传播速度是30万公里/秒）。

根据相对论原理，加速器可以把带电粒子的速度增加到无限接近光速，但无论如何也达不到光速。

现代的加速器应该称其为“加能器”更确切。

举例来说，一台电子加速器，注入的电子能量为20GeV（1GeV=109 eV，也就是10亿电子伏特），相应的电子速度为0.99999999979倍光速。

电子经加速器加速后，能量可达到100GeV，电子速度达到0.999999999987倍的光速。

这说明，电子在这台加速器里速度几乎没有增加，而能量增加了4倍。

其实，加速器离人们的生活并不远。

现代生活中已经普及的电视、计算机显示器所用的显像管就是一台小小的电子加速器。