回旋加速器的原理及應(yīng)用課件

1、回旋加速器的原理及應(yīng)用指導(dǎo)教師：楊曉梅課題組長：馬學利（12008243618） 組員：楊云 （12008243579） 班級：08級物理師范2班 日期：2009年10月27日 回旋加速器的發(fā)展史 1 回旋加速器的發(fā)展史 二 回旋加速器的結(jié)構(gòu)及原理 1 回旋加速器的結(jié)構(gòu)圖 2 回旋加速器的工作原理及相關(guān)計算 三 回旋加速器的應(yīng)用 1 在醫(yī)學方面的應(yīng)用 2 在科學方面的應(yīng)用 四 心得體會 五 參考文獻 六 結(jié)束語目錄一：發(fā)展史勞倫斯(Ernest Orlando Lawrence)是美國著名物理學家、回旋加速器的發(fā)明者，1901年8月8日出生于美國達科他州南部的坎頓。 1930年，Earnest

2、 O. Lawrence提出了回旋加速器的理論，他設(shè)想用磁場使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)，多次反復(fù)地通過高頻加速電場，直至達到高能量。1931年，他和他的學生利文斯頓（M. S. Livingston）一起，研制了世界上第一臺回旋加速器，這臺加速器的磁極直徑只有10cm，加速電壓為2kV，可加速氘離子達到80keV的能量，向人們證實了他們所提出的回旋加速器原理。Earnest O. Lawrence隨后，經(jīng)M. Stanley Livingston資助，建造了一臺25cm直徑的較大回旋加速器，其被加速粒子的能量可達到1MeV?；匦铀倨鞯墓廨x成就不僅在于它創(chuàng)造了當時人工加速帶電粒子的能量記錄，更

3、重要的是它所展示的回旋共振加速方式奠定了人們研發(fā)各種高能粒子加速器的基礎(chǔ)。30年代以來，回旋加速器的發(fā)展經(jīng)歷了二個重要的階段。前20年，人們按照勞倫斯的原理建造了一批所謂經(jīng)典回旋加速器，其中最大的可生產(chǎn)44MeV的粒子或22MeV的質(zhì)子。但由于相對論效應(yīng)所引起的矛盾和限制，經(jīng)典回旋加速器的能量難以超過每核子20多MeV的能量范圍。后來，人們基于1938年托馬斯（L. H. Thomas）提出的建議，發(fā)展了新型的回旋加速器。因此，在1945年研制的同步回旋加速器通過改變加速電壓的頻率，解決了相對論的影響。利用該加速器可使被加速粒子的能量達到700MeV。使用可變的頻率，回旋加速器不需要長時間使用

4、高電壓，世界第一臺回旋加速器 幾個周期后也同樣可獲得最大的能量。在同步回旋加速器中最典型的加速電壓是10kV，并且，可通過改變加速室的大?。ㄈ绨霃?、磁場），限制粒子的最大能量。60年代后，在世界范圍掀起了研發(fā)等時性回旋加速器的高潮。等時性回旋加速器（Isochronous cyclotron）是由3個扇極組合（compact-pole 3 sector）的回旋加速器，能量可變，以第一和第三偕波模式對正離子進行加速。 （1） 云室檢測器在室內(nèi)裝有飽和的水蒸氣。當高能粒子通過水蒸氣時，水蒸汽會離子化，形成一個蹤跡，這與噴氣式飛機穿過云層時留下的蹤跡非常相像。在SLAC還有一種檢測器是SLAC大型檢

5、測器（SLD）。 （2）SLD是一種多層檢測器。每層都能看到一個不同的事件，SLD是一種大型的桶形固態(tài)檢測器，豎起來時比四層樓還高，重量超過4000噸！ （3）頂點探測器檢測粒子軌跡的位置 （4）漂移檢測器是加速器中最重要的設(shè)備部件，它們用來觀測碰撞后的粒子和輻射。電源系統(tǒng) ：粒子加速器需要使用大量電能。在有些地方會通過當?shù)氐碾娏緛硖峁?，有些加速器則在現(xiàn)場配備有發(fā)電機。銅管 ：粒子加速器的主要結(jié)構(gòu)是銅管。銅管內(nèi)部有強大真空，粒子通過該真空管道行進。管是由銅制成的， 奧特曼粒子加速器世界上最大的加速器 為了對帶電粒子進行多次加速，同時考慮到占地面積的問題，回旋加速器便應(yīng)運而生。回旋加速器是利

6、用磁場使帶電粒子作回旋運動，在運動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加速的裝置。 在回旋加速器中心部位的離子源（Ion Source）經(jīng)高壓電弧放電而使氣體電離發(fā)射出粒子束流，該粒子束流在稱為Dees的半圓形電極盒（簡稱D型盒）中運動。D型盒與高頻振蕩電源相聯(lián)為加速粒子提供交變的電場。在磁場和電場的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的軌道中運動飛行被加速的粒子在近似于螺旋的軌道中運動飛行。 在回旋加速器中心區(qū)域，粒子被拉出后經(jīng)電場的加速而獲得較低的初速度v1，同時，磁場也對這些粒子產(chǎn)生作用，兩種場作用的結(jié)果是粒子在Dee間隙（gap）內(nèi)按螺旋軌道飛行。經(jīng)過非常短的時間后，粒子經(jīng)gap進入另一個Dee電極盒，回旋加速

7、器原理 此后，粒子在該Dee電極盒一邊飛行到等電勢的另一邊。每越過一個gap后，其軌道半徑將比前一次的軌道半徑大。粒子運動的瞬時軌道半徑將隨時間t的增加而增大，粒子運動速度的平方與粒子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)成比例。被加速粒子運動的螺旋軌道半徑r與運行時間t的平方根成正比。帶電粒子經(jīng)多次加速后，圓周軌道半徑達到最大并獲得最大的能量，在該點處粒子將被束流提取裝置提取引出。 若粒子的質(zhì)量為m，所帶電荷為q，所具有的運動速度為v，運動方向垂直于磁感應(yīng)強度為B的磁力線，粒子受到垂直于v和B的勞侖茲（Lorentz）力的作用，使粒子沿著曲率半徑為r的軌道作圓周運動1，2。 依力的平衡條件， 離子運動的最大速度為： V

8、max=BRq/m。 運動的帶電粒子在磁場中所受的洛侖茲力為：F=Bqv 帶電粒子做圓周運動的向心力為：F=mv2 /R 將兩式聯(lián)立得：mv2/R=Bqv R=mv/Bq 則粒子做圓周運動的周期為：T=2R/v T=2m/Bq 由此可見，粒子運動的周期與其速度是無關(guān)的，我們只 要每隔半個周期調(diào)整兩極板間的電壓方向，就可以實現(xiàn)對帶 電粒子的不斷加速。這也是為什么要使用交流電的原因。三 ： 回旋加速器的應(yīng)用 1 ：在醫(yī)學方面的應(yīng)用 目前回旋加速器主要被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。粒子加速器技術(shù)的發(fā)展，使其造價和體積都減小，適合在醫(yī)院環(huán)境下使用，利用加速器作為放療用的射線源，尤其是電子類加速器，已經(jīng)大量普及，并

9、部分取代了60Co治療機，它的最大優(yōu)點是，能量更高而且可調(diào)，劑量率高，可開可停，安全可靠。這就是我們所熟悉的刀 。 無論是鈷源還是電子類加速器射線源，在放療中，由于X或射線的性質(zhì)，在殺死癌細胞的同時，都會對周圍的正常細胞，產(chǎn)生較大的損傷。 因此有人提出利用質(zhì)子束、中子射線代替伽瑪射線。它們的最大優(yōu)點是吸收劑量相對集中 。但不論用何種粒子，都需要回旋加速器對其進行加速。 醫(yī)用回旋加速器行業(yè)的具體發(fā)展現(xiàn)狀醫(yī)用回旋加速器行業(yè)風險及策略分析三部分。第一部分的中國醫(yī)療衛(wèi)生以及醫(yī)療器械的整體情況主要分為四個章節(jié)，第一章主要概括了中國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的整體情況，從衛(wèi)生資源、醫(yī)療服務(wù)、農(nóng)村與社區(qū)衛(wèi)生方面、疾病控制

10、、婦幼保健以及重點城市的醫(yī)藥價格情況等不同角度進行了細致而全面的概括分析；第二章主要介紹了我國醫(yī)療器械行業(yè)的政策環(huán)境及相關(guān)標準；第三章，報告主要從醫(yī)療器械行業(yè)市場供求狀況、各項經(jīng)濟指標、進出口狀況及重點地區(qū)的運行情況入手對相關(guān)數(shù)據(jù)進行有效分析；第四章詳細介紹了國家對醫(yī)療器械行業(yè)的投入情況。 報告的第二部分從醫(yī)用回旋加速器行業(yè)的具體情況入手，首先根據(jù)國家統(tǒng)計局、國家發(fā)改委的權(quán)威數(shù)據(jù)闡述了行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、經(jīng)濟效益的表現(xiàn)等客觀情況，并根據(jù)行業(yè)所面臨的問題提出有效的解決之道；其次，在區(qū)域市場方面，2 :在科學方面的應(yīng)用 回旋加速器在核物理研究中發(fā)揮過重要的作用,現(xiàn)在和將來仍然是核物理研究領(lǐng)域的主要工具

11、之一.隨著核科學、核技術(shù)及核醫(yī)學等高新技術(shù)的發(fā)展,回旋加速器在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用空間和發(fā)展前景已引起人們的關(guān)注.血液透 醫(yī)用網(wǎng)四:心得體會 此次作業(yè)的完成我們得到了很多啟發(fā)，只有實踐了才能準確的知道自己的清晰度，只有交流了才能從多角度看待問題，只有融入思考了才是自己的，美好的結(jié)果往往是我們期盼的，但現(xiàn)實的過程更應(yīng)該是我們追求的。 查找資料、確定提綱、閱讀資料、篩選資料、融入思想、制造版本等一系列內(nèi)容，都讓我們領(lǐng)悟到很多。也許我們在此過程中會出一些爭執(zhí)，但是這讓我們學會了合作、團結(jié)。我們也通過請教別人更熟知了一些電腦知識，雖然此次課題的完成不是什么大事，但卻給我們的感覺很充實。 這樣的課題作業(yè)不僅是讓別人觀賞，更重要的是讓我們得到了鍛煉，更好的學習知識，增添了自己的閱歷。還可以在彼此的交流演示中學到多方面的內(nèi)容，在增強實踐能力的同時也吸取了更多的精華。通過此次作業(yè)使我懂得了合作團結(jié)的重要性，還有怎樣化解彼此爭執(zhí)中的矛盾。 此次作業(yè)我