第二章-高压加速器1.ppt

西安3MV加速器质谱仪-AMS 西安3MV AMS设备总体布局 加速器原理The Principles of Accelerators 成都理工大学 2013年9月—12月 讲授内容 第一章：绪论 第二章：高压加速器 第三章：感应加速器 第四章：回旋加速器 第五章：自动稳相原理 第六章：环形准共振加速器 第二章 高压加速器 2.1、概述 2.2、高压加速器的耐压措施 2.3、静电加速器 2.4、倍压加速器 2.1、概述 1、高压加速器 利用直流高压电场来加速带电粒子的加速器。 高压加速器一般由高压电源、加速管、离子源或电子枪、高压电极、绝缘支柱等设备组成。 2、两种典型的高压型加速器 高压倍压加速器 高压静电加速器 倍压加速器的发展历史 1931年，柯克洛夫特—华尔顿首次建成了高压倍加速器，1932年第一次应用此加速器产生了700KeV的质子束，实现了第一次人工加速器粒子束引起的核反应。 高压倍加速器在核物理研究的初期，发挥了重要作用。 由于其结构简单，能加速强流束，至今仍被广泛使用。 静电加速器的发展历史 1931年，范德格拉夫发明了带型静电起电机。 1933年，一台1.2MeV质子静电加速器建成，首先在这台静电加速器上观察到了共振核反应 441.2KeV（共振峰） 872.5KeV （共振峰） 现应用这两个共振峰来校准加速器的能量。 1955年开始，发展串列式静电加速器 2.2、高压加速器的耐压措施 1、设置高压球壳 球间任意半径r处场强 R r0 r 孤立球： 2.2、高压加速器的耐压措施 1、设置高压球壳 设置球壳后球表面处场强 R r0 r 2.2、高压加速器的耐压措施 2、采用高压气体—密封钢筒式结构 2.2、高压加速器的耐压措施 2、采用高压气体—密封钢筒式结构 2.2、高压加速器的耐压措施 3、设中间高压电极 2.2、高压加速器的耐压措施 3、设中间高压电极 在内筒与外筒壁间设置多级高压电极，使空间电场均匀分布，从而提高击穿电压 各电极外表面电场强度： 2.2、静电加速器 静电加速器是高压加速器的一种，具有束流品质优良、能量连续可调、单色性好等优点，是低能核物理及带电粒子与物质相互作用研究的一个重要工具。 静电加速器主要由以下几部分组成：静电起电机（喷电电源、喷电针、输电带、刮电设备（针）、高压电极）；离子源；加速系统；束流后传输系统 2.2、静电加速器 1、静电起电机 静电起电机是一种利用输电系统将电荷传送到高压电极的装置。 组成：喷电电源、喷电针、输电带、刮电设备（针）、高压电极。 工作原理： # 喷电过程 : 喷针电附近产生强电场→ 气体电晕放电→负离子向喷电针→ 正离子被推向输电带，附着在输电带上，与输电带一起向上运动。 # 刮电过程：在刮电针排附近也形成强电场气体电离正离子流向向针排，负离子流向皮带，中和带上的正电荷。 充电电压和输电电流 若高压电极对地电容为Ｃ，积累的电荷为Ｑ，则高压极对地电压V ： 为起电机有效充电电流 当 时，即 则 即 高压电极对地电压达到稳定值。 1、静电起电机 输电电流的限制和提高 加速器要求输电系统传输足够强的稳定电流和足够高的电压，这些要求受输电系统性能和周围绝缘介质性能的限制。 一般输电带能输送的最大电流为： 其中： 为带上最大面电荷密度，b为带宽，v为带速度。 b为有限值，v不可过大，以免引起带的震动而影响电流的稳定性。 与输电带周围介质气体的介电常数 及输电带表面附近的击穿电场Eb有下关 系： 1、静电起电机 电压的限制和提高 起电机所能达到的最高电压与很多因素有关。有以下方程： 此时电压达到最大稳定值Vm。 Vm一般有下列经验公式： 其中，Vc为临界电压（电晕放 电和电子负载）；d为比例系数 （与诸多因素有关）。 可见，要提高Vm，必须提高 加速器系统的Vc和Im，减小I漏， 而这些都与绝缘介质的绝缘性能 有关。 充气和均压是解决问题的有效 途径 1、静电起电机 1、静电起电机 2、静电加速器的加速管 一般采用平板式电极结构的均匀场加速管。 加速管耐压的几个问 题 绝缘环表面爬电 * 高压电瓷（75瓷） 约3kV/cm）； * 95瓷， 约5kV/cm 间隙的完全击穿 * 均压以防局部放电 * 加速电场梯度取值要合适，一般真空击穿电场：100kV/cm 2.