对回旋加速器的一点改进意见

作者：杨升山    职业：无（退休工程师） 常驻地：河南孟州市  邮编：454750 

 时间：2009.12.12

内容简介：在粒子物理的研究中，经常使用回旋加速器，但是按照现在的官方看法，是因为粒子的质量随着速度的增加而加大，加速也就越来越困难。我看不是这种情况，是加速电场没有作用有效的时间，虽然有加速度，没有时间也会是加不上速度的，这里分别用牛顿力学与爱因斯坦的相对论理论来进行分析，并提出改进办法：用恒强电场半幅加速，同时加宽极板的距离。

关键词：回旋加速器   恒强电场  回转速度  相对论解释与牛顿力学解释

正文：

在粒子物理研究中，经常使用回旋粒子加速器与直线加速器，对于回旋粒子加速器，还有同步粒子加速器在使用着。可是根据相对论，粒子的速度在增大后，质量也随着增大，加速也就越来越困难。加速困难的确是事实，是不是因为质量增大的原因？我看不是。我认为是加速的电场给的时间有问题，我就试图用改变加速电场给与的时间来进行改造，请有能力的单位试一试。

粒子在恒定磁场的作用下，会进行回旋运动，这也是回旋加速器的名称的起源，回旋加速器有一个特点，就是粒子可以在这里多次进行加速，占地面积小，设备简单。不过，在回旋加速器中，往往是把回旋加速器分成两半，在两半的弦上加上电场，这里的电场的两个极板，分别带不同的电荷，这样当带电粒子进入电场后，就会受到电场的作用力，至于是加速或是减速，就要看电场与粒子所带电荷了。

带电粒子在加速器中回旋运动，经过上面所设的电场时就有方向的反转，加速的电场也要同时进行反转才能进行加速，当把交变电场的频率设定为粒子的回旋频率时，粒子就可以加速了。

上面是基本道理，实用时还有问题，就是如何确定粒子的速度或者说粒子走完半转所用的时间，这里就根据相对论与牛顿力学分别来叙述，（其实根据牛顿力学来叙述更为简单，就是把粒子的速度看成超过了光的速度。）叙述时就要用到相对论的时间延长效应或长度缩短效应；确切地说，就是不要把这里的时间或长度与我们日常所用的时间或长度等同看待，这里的时间或长度是延长了的时间或缩短了的长度，只是可以进行解释，我就是不知道这时的圆周率还是不是派了。

粒子的速度逐渐增大，回转半径也是逐渐增大的，回转半周用的时间是不是相同的？按照牛顿力学，应该是有些不同，那就是看速度增加量是不是与回转半径增加量成比例了，如果速度增加量与回转半径增加量成比例，那就会是相同的。可是按照爱因斯坦的相对论，在接近光的速度时，速度的增加值很小，只是它的时间会有延长或者说它的行程会缩短。其实在这里,用来表示速度的时间与长度不是取自同一个参照系了,这是与我们平常用的方法是不同的。如果换一种表达方式,就可以用速度增加来叙述。

可是要让带电粒子能够顺利通过，必须有可让他们通过的通道。这样，在极板外也就有小的电场，电场是有方向的，带电粒子在电场外所受的力与在电场中所受的力就会不同，没有起到加速的作用反而对粒子进行了减速，就是说，只有在粒子进入加速的极板间后才可以加上电场，在离开极板后就要撤去电场，极板的距离又非常近，不可能用正负各半周的交变电场，而只能用脉冲。这也是同步回旋加速器中使用的方法。

可是，电容器中的电场不是能够瞬时建立起来的，带电粒子在此点电极板间的通过时间又很小，怎样保证粒子通过时准确的建立电场又成了大问题。再说，有了电场，是有了对带电粒子的作用力，也可以说有了加速度，加速度再大，作用的时间如果很短，速度增加的数值也会很小，就是说作用力必须有相应的作用时间才能加速。电容极板的距离就必须增大。可是增大后又会增加建立电场的时间。

考虑到，带电粒子在回旋运动中用的时间与在极板间运动的时间比例，带电粒子在极板间的运动时间几乎可以不计，那还不如用匀强电场只在同一个位置加速来得容易，这样就是在粒子回转半径的一边加速，在另一边不再加电场。虽然也有对粒子的阻碍现象，比起加速过程来说，加速还是主要的。如果也改用脉冲来加速,一个是同步频率的计算很难,再一个是加速电场的建立时间也要考虑,就是要有一个提前量。

举一个例子，就是在离地面有30米的空中有一个物体自由下落，不用说它受到地球的引力，有了一个加速度g，根据加速运动的公式h=0.5gtt计算，在离地面20米处，他的下落速度是14米/秒，用了1.43秒；在离地面10米处，他的下落速度是19.8米/秒，共用时间2.02秒;在接触地面时，他的速度是24.24米/秒，共用时间2.47秒。这就是说，加速度虽然是相同的，通过同一段长度实际增加的速度是不同的，原因就是他们所用的时间不同。在加速器中也是同样的情况。

这样做的好处是，不需要对粒子的速度进行计算，只要选择一个位置把粒子引出就行了。

需要注意的一点是，粒子是有质量的，在回旋加速器中会受到地球引力向下沉，有一个抵消地球引力的力会更好些。