等阻抗加速器结构

《电气工程名词》第一版。 2100433B

1998年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

《电气工程名词》第一版。 2100433B

按被加速粒子的种类，可分为电子、质子和重离子直线加速器。

直线加速器电子直线加速器

可采用行波或驻波加速粒子。当采用行波加速时，可使结构设计成等阻抗或等梯度型。等阻抗型是一种均匀的加速结构，即结构的各尺寸沿轴不变，便于设计和制造，缺点是微波功率在结构中的损耗不均匀，对较长的直线加速器来说，沿轴的结构温控较不容易。等梯度型加速结构避免了这个缺点，代价是沿轴的结构尺寸有慢变化，使设计和制造较复杂些。

直线加速器质子直线加速器

质子的静止质量是电子的1,800多倍，在其很长的加速范围内，速度远小于或小于光速，因而采用驻波加速结构，以获得较高的有效分路阻抗和加速效率。质子的动能由1兆电子伏到1,000兆电子伏，其速度由光速的4.6%到87.5%。为使结构在不同能区均有较高的加速效率，需采用不同的结构。如：①质子的动能由小于1兆伏加速到几兆伏，可采用高频四极型加速结构（Radio Frequency Quadrupole，RFQ）。在一圆柱腔的中心部位，方位角对称地设置四个轴向高频电极，在它们所围的近轴区，产生四极聚焦电场，以径向聚焦束流；沿轴可周期性地调变每个电极的径向尺寸，以得到在轴向群聚和加速束流的轴向电场。它兼具聚束、聚焦和加速几种作用，是20世纪70年代兴起的加速结构，选用频率为200—400兆赫。②质子动能要由几兆电子伏加速到150兆电子伏左右，可采用漂移管型结构（又称阿尔瓦雷茨结构），是20世纪40年代末由L.阿尔瓦雷茨首先提出和建造的。在圆柱形腔内，沿轴周期性地设置长度随能量渐增的电极。当高频电场处在正半周时，质子束团在电极间被加速；当处在负半周时，质子束团躲在电极内不受负半周减速场的影响而漂移前进，故又称电极为漂移管。在漂移管内安放四极磁铁，可径向聚焦束流，选用的频率为200—400兆赫。③当质子动能要由150兆电子伏加速到更高能量，通常采用耦合腔加速结构。在该能区内对质子束的径向聚焦已较容易，可将四极磁铁移到加速腔外，使频率提高到800—1,300兆赫，以提高加速效率。这种结构也可用于加速电子，工作频率通常为1,300—3,000兆赫。

直线加速器重离子直线加速器

较接近于质子直线加速器，只是在同样动能下，粒子运动速度更低，因而工作频率也更低，一般在27—150兆赫左右。早期的这类加速器，采用维德罗加速结构。现代的这类加速器按能区可采用高频四极型或阿瓦莱兹型。现今发展的重离子加速结构，如柱形和平面螺旋线结构、分离环谐振腔结构等，它们的特点是径向尺寸较小、公差要求较松、可做成许多短腔组合成整台加速器，既便于采用超导技术，又利于展宽重离子的范围和能量连续可变的需求。

直线加速器超导直线加速器

利用超导材料做成的结构，其功耗几乎可略去不计，因而可用较小微波功率建立较高的加速电场。这类加速腔大多采用内表面涂有氧化保护层的纯铌材料制成，置于液氮和液氦逐级冷却的低温容器中，可冷却至4.2K或更低。加速电场可达几兆伏/米至20兆伏/米以上。将超导腔用于高能直线加速器，优势更显著。如用于强流质子直线加速器的高能段（约150—1,000兆电子伏），由于功耗可略去不计，可选用束通道孔径较大的结构，可有效避免高能强流束沿途损失造成严重的放射性污染。此外，还有利于提高加速场强，减小设备规模和运行费用等。提议中的超导正负电子直线对撞机（TESLA），选用比其他同类对撞机方案（5,700—11,400兆赫）低得多的频率（1,300兆赫）和较大的束孔径，除仍有较高的加速电场（约25兆伏/米）外，束流在腔壁上感生的尾场相对很小，较易确保束流的高品质（发射度小、能散小等）。

直线加速器是各类加速器中被最广泛应用的加速器类型（见粒子加速器）。