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、α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,像γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。当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,像化学、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。数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。
带电粒子在电场中会受到电磁力的作用而得到加速,提高能量。电场能够以静电场、磁感应电场和交变电磁场三种不同的形式存在,加速器就是用这三种电场加速带电粒子的原理发展起来的。20世纪30年代以来,经过70多年的发展,出现了许多类型的加速器,其分类标准也很多,例如按加速粒子的种类不同,可分为电子加速器,质子和重离子加速器以及微物质粒子(粉末、灰尘等)加速器(又称微粒子团加速器);按加速粒子能量可分为低能加速器(能量在100MeV以下),中能加速器(能量在100MeV~1GeV)和高能加速器(能量1~100GeV),能量在100 GeV以上的称为超高能加速器;按束流强度可分为强流加速器(束流强度1mA以上)、中流加速器(束流强度10μA~1mA以上)和弱流加速器(束流强度10μA以下);按加速电场种类可分为高压型加速器、电磁感应型加速器和高频谐振型加速器;按粒子运动轨道的形状可分为直线加速器和圆形(或环形)加速器。直线加速器包括直流高压型加速器,射频对撞机。圆形加速器包括回旋加速器,稳相加速器,电子感应加速器,同步加速器,弱聚焦同步稳相加速器,强聚焦同步稳相加速器和环形对撞机等。[1]
加速器是一种复杂的设备,大体上由下列4个基本部分构成:
(1)粒子源
如电子枪、离子源等,用以提供需要加速的带电粒子束。
(2)真空加速结构
如加速管、射频加速腔和环形加速室等,在真空中产生一定的加速电场,使粒子得到加速。
(3)导引聚焦系统
用一定的电磁场引导合和约束被加速的粒子束,使它沿着一定的轨道加速,如环形加速器的主导磁场等。