课程论文(报告)题 目 同步辐射加速器 学院名称 核科学技术学院 指导教师 职 称 助 教 班 级 辐射防护与环境工程 学 号 学生姓名 2011 年 1 月 8 日南华大学核科学技术学院 2008 级课程论文（报告）1目 录第一章 绪论 .2第一节 加速器的介绍与定义 .2第二节 加速器的发展 .4第三节 为加速器做出杰出贡献的科学家.9 .第二章 中国加速器发展史 .9第一节 我国先后建成的加速器概况 .10第二节 加速器作用及反应式 .12第三节 低能加速器的应用 .22.第三章 同步辐射加速器 .23第一节 基本情况简介 .23第二节 上海同步辐射光源 .28.第四章 学习心得体会 .35南华大学核科学技术学院 2008 级课程论文（报告）2第一章 绪论第一节 加速器的介绍与定义加速器是一种使带电粒子增加速度（动能）的装置。 加速器可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。粒子增加的能量一般都在 0.1 兆电子伏以上。加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等。1.1.1 定义加 速 器 (accelerator)是 用 人 工 方 法 把 带 电 粒 子 加 速 到 较 高 能 量 的 装 置 。利 用 这 种 装 置 可 以 产 生 各 种 能 量 的 电 子 、 质 子 、 氘 核 、 粒 子 以 及 其 它 一些 重 离 子 。 利 用 这 些 直 接 被 加 速 的 带 电 粒 子 与 物 质 相 作 用 ， 还 可 以 产 生 多 种带 电 的 和 不 带 电 的 次 级 粒 子 ， 象 粒 子 、 中 子 及 多 种 介 子 、 超 子 、 反 粒 子等 。 目 前 世 界 上 的 加 速 器 大 多 是 能 量 在 100 兆 电 子 伏 以 下 的 低 能 加 速 器 ，其 中 除 一 小 部 分 用 于 原 子 核 和 核 工 程 研 究 方 面 外 ， 大 部 分 用 于 其 他 方 面 ， 象化 学 、 放 射 生 物 学 、 放 射 医 学 、 固 体 物 理 等 的 基 础 研 究 以 及 工 业 照 相 、 疾 病的 诊 断 和 治 疗 、 高 纯 物 质 的 活 化 分 析 、 某 些 工 业 产 品 的 辐 射 处 理 、 农 产 品 及其 他 食 品 的 辐 射 处 理 、 模 拟 宇 宙 辐 射 和 模 拟 核 爆 炸 等 。 近 年 来 还 利 用 加 速 器原 理 ， 制 成 各 种 类 型 的 离 子 注 入 机 。 以 供 半 导 体 工 业 的 杂 质 掺 杂 而 取 代 热扩 散 的 老 工 艺 。 使 半 导 体 器 件 的 成 品 率 和 各 项 性 能 指 标 大 大 提 高 。 很 多 老 工艺 不 能 实 现 的 新 型 器 件 不 断 问 世 ， 集 成 电 路 的 集 成 度 因 此 而 大 幅 度 提 高 。 第二节 加速器的发展概况1. 1919 年 英 国 科 学 家 卢 瑟 福 (E.Rutherford)用 天 然 放 射 源 中 能 量 为几 个 MeV、 速 度 为 2109 厘 米 /秒 的 高 速 粒 子 束 （ 即 氦 核 ） 作为 “炮 弹 ”， 轰 击 厚 度 仅 为 0.0004 厘 米 的 金 属 箔 的 “靶 ”， 实 现了 人 类 科 学 史 上 第 一 次 人 工 核 反 应 。 利 用 靶 后 放 置 的 硫 化 锌 荧 光南华大学核科学技术学院 2008 级课程论文（报告）3屏 测 得 了 粒 子 散 射 的 分 布 ， 发 现 原 子 核 本 身 有 结 构 ， 从 而 激 发 了 人们 寻 求 更 高 能 量 的 粒 子 来 作 为 “炮 弹 ”的 愿 望 。 静 电 加 速 器 （ 1928 年 ） 、 回 旋 加 速 器 （ 1929 年 ） 、 倍 压 加 速 器 （ 1932年 ） 等 不 同 设 想 几 乎 在 同 一 时 期 提 了 出 来 ， 并 先 后 建 成 了 一 批 加 速 装 置 。 1.2.1 粒 子 加 速 器 particle accelerator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 从 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 卢瑟福实 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 1014 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 。 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 ；南华大学核科学技术学院 2008 级课程论文（报告）4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 一 般 包 括 3 个 主 要 部 分 ： 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 。 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 。 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 108eV） 、 中 能加 速 器 （ 能 量 在 108 109eV） 、 高 能 加 速 器 （ 能 量 在 109 1012eV） 和 超高 能 加 速 器 （ 能 量 在 1012eV 以 上 )。 目 前 低 能 和 中 能 加 速 器 主 要 用 于 各 种 实际 应 用 。 第 三 节 为 加 速 器 做 出 杰 出 贡 献 的 科 学 家1.3.1 美 国 科 学 家 柯 克 罗 夫 特1932 年 美 国 科 学 家 柯 克 罗 夫 特 （ J.D.Cockcroft） 和 爱 尔 兰 科 学 家 沃尔 顿 (E.T.S.Walton)建 造 成 世 界 上 第 一 台 直 流 加 速 器 命 名 为 柯 克 罗 夫特 -沃 尔 顿 直 流 高 压 加 速 器 ， 以 能 量 为 0