原子加速器是如何工作的

你知道你家里现在有一种粒子加速器吗?事实上，你可能正在阅读这篇文章!任何一种阴极射线管(CRT)电视或电脑显示器是一个粒子加速器。

阴极射线管从阴极获取粒子(电子)，利用这些粒子加速并改变它们的方向电磁铁然后在屏幕上把它们粉碎成荧光粉分子。碰撞会在你的电视或电脑显示器上产生一个光点或像素。

粒子加速器的工作原理是一样的，除了粒子更大，运动更快(接近光速)，碰撞产生更多的亚原子粒子和各种类型的粒子核辐射．粒子被装置内部的电磁波加速，就像冲浪运动员被电磁波推动一样。粒子的能量越高，我们就越能看清物质的结构。这就像打台球时弄坏了球架。当主球(被激发的粒子)加速时，它接收到更多的能量，因此可以更好地分散球架(释放更多的粒子)。

粒子加速器有两种基本类型:

在线性加速器粒子在真空中沿长铜管向下运动。电子沿着波发生器产生的波极超短波．电磁铁将粒子限制在狭窄的光束中。当粒子束击中隧道尽头的目标时，各种探测器记录下这一事件——亚原子粒子和释放的辐射。这些加速器非常巨大，并且被保存在地下。线性加速器的一个例子是直线加速器在加州斯坦福直线加速器实验室(SLAC)，这个实验室长约1.8英里(3公里)。

圆形加速器做与直线加速器基本相同的工作。然而，他们不是使用一个长线性轨道，而是推动粒子绕一个圆形轨道运行许多次。每次经过时，磁场都会增强，粒子束会随着每次连续经过而加速。当粒子处于最高的能量或期望的能量时，一个目标被放置在光束的路径中，在探测器内或附近。圆形加速器是1929年发明的第一种加速器。事实上，是第一个回旋加速器(见下图)直径只有4英寸(10厘米)。

劳伦斯的回旋加速器使用两个d形磁铁(称为Dee)，中间有一个小间隙。磁铁产生了一个圆形磁场。一个振荡的电压产生了一个跨越间隙的电场，以加速粒子(离子)每次围绕。当粒子移动得更快时，它们的圆形路径半径变大，直到它们击中最外面的圆上的目标。劳伦斯的回旋加速器是有效的，但无法达到现代圆形加速器的能量。

现代圆形加速器的位置极超短波以及围绕在圆形铜管周围的电磁铁来加速粒子。许多圆形加速器也有一个短直线加速器，在粒子进入环之前对其进行初始加速。现代圆形加速器的一个例子是费米国家加速器实验室费米实验室位于伊利诺伊州，占地近10平方英里(25.6平方公里)。

让我们来看看粒子加速器内部。