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電子感應加速器
利用感生電場來加速電子的裝置
電子感應加速器所屬現代詞，指的是利用感生電場來加速電子的一種裝置。
基本信息
| 中文名 | 電子感應加速器 |
| 材質 | 金屬 |
| 用途 | 利用感生電場來加速電子 |
| 提出時間 | 1932年 |
| 所屬 | 加速電子的一種裝置 |
基本原理
在電磁鐵的兩極間有一環(huán)形真空室，電磁鐵受交變電流激發(fā)，在兩極間產生一個由中心向外逐漸減弱、并具有對稱分布的交變磁場，這個交變磁場又在真空室內激發(fā)感生電場，其電場線是一系列繞磁感應線的同心圓，這時，若用電子槍把電子沿切線方向射入環(huán)形真空室，電子將受到環(huán)形真空室中的感生電場E的作用而被加速，同時，電子還受到真空室所在處磁場的洛倫茲力的作用，使電子在半徑為R的圓形軌道上運動。
應用感應電場加速電子的電子感應加速器( betatron ) ，是感生電場存在的最重要的例證之一。早在1932年J.斯萊皮恩就提出利用感應電場加速電子的想法，接著也有不少人進行了這方面的研究，但他們都沒有成功，直到1940年D.W.克斯特解決了電子軌道的穩(wěn)定問題以后，才建成了第一臺電子感應加速器，把電子加速到2.3MeV。隨后這種加速器發(fā)展得很快，1942年建成了20MeV的電子感應加速器,1945年建成了100MeV的電子感應加速器。
在電子感應加速器的示意圖中，磁軛和磁極均用硅鋼片制成。在上下圓形磁極間的氣隙中放置用優(yōu)質玻璃或陶瓷材料做成的環(huán)形真空盒。在真空盒內，需要保持Torr的真空度。當電磁鐵繞組通以交變電流,產生交變磁場時，在真空盒所包圍的區(qū)域內的磁通量也隨時間變化，這時真空盒空間內也就產生感應渦旋電場。因磁場分布是軸對稱的，所以感應電場的電力線是閉合的同心圓族，其中一條同真空盒軸線相一致。如果用電子槍沿電力線方向將電子注入到真空盒內，那么這些電子將在渦旋電場作用下得到加速。
在磁場由弱變強的增長過程中，電子在真空盒里可回轉幾兆圈，被加速而獲得幾兆電子伏甚至上百兆電子伏的能量。磁場增長到最大值后下降，由強變弱恢復到初始值；這時間內它所產生的渦旋電場方向同電子運動方向相反。因此，應當在電場改變方向之前就把電子引出來；或使高能電子打在鎢、鉑等金屬靶上，通過軔致輻射產生γ射線。可見，電子感應加速器的射線輸出是脈沖式的，每秒鐘的脈沖數就等于交變磁場的頻率。電子感應加速器的能量上限，取決于電子沿圓形軌道運動時受到較大的向心加速作用而產生的能量輻射損失。這種輻射損失，是隨電子能量的四次方迅速增長的。只有采取特殊措施來補償這一能量損失，才能維持電子的軌道半徑不變，使電子能量進一步提高。不過，在電子感應加速器中補償起來比較困難，所以用感應加速器方法很難把電子加速到很高能量，到目前為止，這種加速器所達到的最高能量是315MeV。
裝置原理
在電磁鐵的兩極之間安置一個環(huán)形真空室，當用交變電流勵磁電磁鐵時，在環(huán)形室內就會感生出很強的、同心環(huán)狀的有旋電場。用電子槍將電子注入環(huán)形室，電子在有旋電場的作用下被加速，并在洛倫茲力的作用下，沿圓形軌道運動。由于磁場和感生電場都是交變的，所以在交變電流的一個周期內，只有當感生電場的方向與電子繞行的方向相反時，電子才能得到加速。因而，要求每次注入電子束并使它加速后，在電場尚未改變方向前就將已加速的電子束從加速器中引出。由于用電子槍注入真空室的電子束已經具有一定的速度，在電場方向改變前的短短時間內，電子束已經在環(huán)內繞行幾十萬圈，并且一直受到電場加速，所以，可以獲得能量相當高的電子。例如一個100 MeV的電子感應加速器，能使電子速度加速到0.999986c 。這里，c是光在真空中的速度。
應用
當能量在數十兆電子伏以下時，電子感應加速器具有容易制造、便于調整使用，價格較便宜等優(yōu)點。所以在國民經濟的各方面被廣泛采用。主要用于工業(yè)γ射線探傷和射線治療癌癥（利用電子或γ射線）等方面。世界上已有一百多臺這種加速器在工作著，其中大多數的能量都在 20～30MeV以下。中國生產的工業(yè)探傷和醫(yī)用電子感應加速器的能量為25MeV。
近年來發(fā)展的輕便的電子直線加速器的射線強度比較大，有后來居上的趨勢。
對直流
對交流
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