第 84 章(1 / 1)

限制级佣兵 UN1 2000 汉字|93 英文 字 1个月前

采用直线加器,也有采用电子同步加器的。

这种对撞机中所需的正电子是由能量为几十兆电子伏以上的电子打靶后产生的,为了得到尽可能强的正电子束,往往需要建造一台低能量的强流电子直线加器。另外产生出来的正电子束尚需再度注入到注入器中,与电子一起加到必要的能量,再注入到对撞机中去。由于正电子束的强度只及电子束的千分之一到万分之一,所以需要几分甚至几十分钟的积累,才能达到足够的强度。

2、质子-质子对撞机这种对撞机需要建造两个环,分别储存两束相反方向回旋的质子束,才能实行质子与质子的对撞。由于质子作回旋运动时,其同步辐射要比电子小得多,在目前质子达到的能量范围内,可以略去不计,因此为缩小这类对撞机的规模,尽量采用强磁场,这就需要采用导磁体。另外,质子束的积累也不如电子对撞机那样方便,它必须依靠动量空间的积累来实现。为此,必须先在高能同步加器中,将质子加到高能(一般为几十吉电子伏),依靠绝热压缩,将质子束的动量散度压缩上百倍,再注入到对撞机中去进行积累,质子对撞机中的高频加系统主要是用来进行动量空间的积累及积累完毕后的进一步加,因此所需要的高频功率也比电子对撞机小得多。由于上述原因,质子-质子对撞机的规模要比电子-正电子对撞机大,投资也较高。

3、质子-反质子对撞机质子与反质子的质量相同,电荷相反,也只需要造一个环就能进行对撞。这种对撞机展得较晚,主要原因在于由高能质子束打靶产生的反质子束强度既弱,性能又差,无法积累到足够的强度与质子对撞。7o年代后期,“冷却”技术的成功,给予这种对撞机巨大的生命力(见加器技术和原理的展)。

由于冷却技术的成功,使得现有的高能质子同步加器,只要它的磁铁性能及真空度够好的话,均有可能可以改成质子-反质子对撞机。今后再建的高能质子同步加器,均考虑了同时进行质子-反质子对撞的可能,由此可见,这一技术成功的意义是何等重要。

实现质子-反质子对撞虽然比质子-质子对撞能节省一个大环,但也有一定的弱点,主要是由于尽管经过冷却及积累,反质子的强度仍然比质子的低得多,这样使得质子-反质子对撞机的亮度比质子-质子对撞机低得多,前者最大为1o29~1o3oetbsp; 4、电子-质子对撞机这种对撞机的主要困难在于电子束的横截面很小,线度约为几分之一毫米,而质子的横截面较大,线度约为一厘米左右。前者束流较密集,后者较疏松,两者相撞时作用几率很小,目前正在研究中,实现这种对撞需建立两个环,一个是低磁场的常规磁铁环,以储存及加电子;另一个是高场的导磁体环,以储存并加质子,两个环的半径相同并放在同一隧道中,所以电子的能量通常是几十吉电子伏,质子的能量为几百吉电子伏。随着加器技术的提高,为了节约投资,新建的巨型加器,往往在一个隧道中建造三个环,以便可能进行多种粒子对撞,例如质子质子、质子-反质子,电子-正电子、质子-电子对撞。

5、电子直线对撞机为避免电子作回旋运动时同步辐射损失引起的困难,早在1965年已有人指出,在电子能量高于上百吉电子伏时,应采用直线型来进行对撞,就是说,应采用两台电子直线加器加两股运动方向相反的电子束(或正负电子束)待达到预定能量后,两股电子束被引出并在某点相碰。碰撞一次后的电子束即被遗弃,不再重复利用。当然,只有当这些被遗弃的电子束单位时间所带走的能量小于环形对撞机中同步辐射的损失功率,这种方案才会被考虑。另外,由于电子直线加功率的限制,每秒能提供的电子束脉冲数是有限的,所以单位时间内生的碰撞次数也比环形对撞机少得多,为了保证直线对撞机与环形对撞机有相同的亮度,要求在碰撞点的横截面进一步压缩,约比环形对撞机中的碰撞截面小几十到几百倍,十多年来技术上的进展,使这种对撞机受到重视,有关的各种问题正在解决中。

大型强子对撞机5、大型强子对撞机大型强子对撞器(1argehadronco11ider,1hc)是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织的粒子加器与对撞机,作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点:北纬46度14分oo秒,东经6度o3分oo秒46.233333333333;6.o5)1hc已经建造完成,北京时间2oo8年9月1o日下午15:3o正式开始运作,成为世界上最大的粒子加器设施。1hc是一个国际合作的计划,由34国过两千位物理学家所属的大学与实验室,所共同出资合作兴建的。

1hc包含了一个圆周为27公里的圆形隧道,因当地地形的缘故位于地下5o至15o米之间。[1]这是先前大型电子正子加器(1ep)所使用隧道的再利用。隧道本身直径三米,位于同一平面上,并贯穿瑞士与法国边境,主要的部份大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下,尚有许多地面设施如冷却压缩机,通风设备,控制电机设备,还有冷冻槽等等建构于其上。

加器通道中,主要是放置两个质子束管。加管由导磁铁所包覆,以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向,环绕着整个环型加器运行。除此之外,在四个实验碰撞点附近,另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。

两个对撞加管中的质子,各具有的能量为7tev(兆兆电子伏特,),总撞击能量达14tev之谱。每个质子环绕整个储存环的时间为89微秒(mid)。因为同步加器的特性,加管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式,而非连续的粒子流。整个储存环将会有28oo个粒子团,最短碰撞周期为25纳秒(nanosed)。在加器开始运作的初期,将会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作,碰撞周期为75纳秒,再逐步提升到设计目标。

在粒子入射到主加环之前,会先经过一系列加设施,逐级提升能量。其中,由两个直线加器所构成的质子同步加器(ps)将产生5omev的能量,接着质子同步推进器(psb)提升能量到1.4gev。而质子同步加环可达到26gev的能量。低能量入射环(1eir)为一离子储存与冷却的装置。反物质减器(ad)可以将3.57gev的反质子,