相对论推翻了实验事实5-直线加速器
相对论电动力学认为1.匀速直线运动的电荷不产生辐射。
2.加速运动的电荷一定产生辐射。
但X射线的轫致辐射实验表明电子受到的阻力正比于电子的动能1/2mv2(相对于外加电场),也就是运动电荷因为电磁辐射而产生的电磁阻力正比于电荷的动能,做匀速直线运动的电荷是会辐射电磁波的。直线加速器中的电荷实验也表明电荷的速度越高,其电磁辐射而产生的电磁阻力就越高,电荷的速度就愈难增加,当电荷的速度接近光速时,加速电场的能量甚至可能全部转化为电磁波而辐射掉,使电荷不能再继续加速。相对论的信徒彻底推翻了这个实验事实。
直线加速器
下图是1931年劳伦斯建造与具体使用的原理图.图中标号为1,2,3,4,...表示被加速粒子的漂移管,粒子在管内运动时不被加速.从前一个管到后一个管的区域是加速区.用高频电压加速粒子.为了保证同步,粒子必须在指定时间到达此区域.为了方便不妨不计算粒子通过加速区的时间.设加速电压的周期是T,则第i根管子的长度Li是(按经典力学)
.....................Li=v(i)T...........(1)
由于粒子的速度v(i)逐渐加大,因此漂移管的长度也应该逐渐加大.
速度小L短.......漂移管长Li=v(i)T................速度v(i)大L长
.......----...-----...------...-------...--------...---------
粒子流⊙...
.......----...-----...------...-------...--------...---------
.........1......2........3.........4........5..........6
这是最早期的加速器原理.速度很低时,基本与实验一致.当能量增加,因而速度变大时, 电荷的速度越高,其电磁辐射而产生的电磁阻力就越高,上述原理失败.实际工作中发现:当能量很大时,漂移管长度L必须是常数.
早期直线加速器采用电容器加速,由于极板距离很短,因此加速阶段的时间可以忽略.现代直线加速器多采用波导管加速带电粒子,采取波导管长度与飘溢管长度相同.
考虑成本等原因,加速高能粒子常分成两个阶段.先用回旋加速器(或感应加速器)把粒子加速到适当的能量(通常是百MeV数量级),然后再把这些粒子注入直线加速器.直线加速器的波导管接上周期为T的高频交流电压.保证在电压为正半周时粒子处在波导管的加速区,当电压变到负半周时,粒子在漂移管内.设计要求管子长度
.................L=cT/2
上式说明:当粒子速度十分接近光速时,即使再加速,粒子的速度还是上不去. 直线加速器中的电荷实验表明电荷的速度越高,其电磁辐射而产生的电磁阻力就越高,电荷的速度就愈难增加,当电荷的速度接近光速时,加速电场的能量甚至可能全部转化为电磁波而辐射掉,使电荷不能再继续加速。