上海千实解读电子感应加速器的原理

电子感应加速器是利用交变磁场感生的漩涡电场加速电子的装置。在电磁铁的两极间有一环形真空室，电磁铁受交变电流激发，在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、并具有对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生漩涡电场，此漩涡电场可以用来加速电子。同时，电子还受到真空室所在处磁场的洛伦兹力的作用，使电子在半径为R的圆形轨道上运动。
在电子感应加速器中，磁轭和磁极均用硅钢片制成。在上下圆形磁极间的气隙中放置用优质玻璃或陶瓷材料做成的环形真空盒。在真空盒内，需要保持Torr的真空度。当电磁铁绕组通以交变电流,产生交变磁场时，在真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内也就产生感应涡旋电场。因磁场分布是轴对称的，所以感应电场的电力线是闭合的同心圆族，其中一条同真空盒轴线相一致。如果用电子枪沿电力线方向将电子注入到真空盒内，那么这些电子将在涡旋电场作用下得到加速。
在磁场由弱变强的增长过程中，电子在真空盒里可回转几兆圈，被加速而获得几兆电子伏甚至上百兆电子伏的能量。磁场增长到值后下降，由强变弱恢复到初始值；这时间内它所产生的涡旋电场方向同电子运动方向相反。因此，应当在电场改变方向之前就把电子引出来；或使高能电子打在钨、铂等金属靶上，通过轫致辐射产生γ射线。可见，电子感应加速器的射线输出是脉冲式的，每秒钟的脉冲数就等于交变磁场的频率。
电子感应加速器的能量上限，取决于电子沿圆形轨道运动时受到较大的向心加速作用而产生的能量辐射损失。这种辐射损失，是随电子能量的四次方迅速增长的。只有采取特殊措施来补偿这一能量损失，才能维持电子的轨道半径不变，使电子能量进一步提高。不过，在电子感应加速器中补偿起来比较困难，所以用感应加速器方法很难把电子加速到很高能量，到目前为止，这种加速器所达到的能量是315MeV。
另一方面，由于电子的能量正比于 Bo·ro值,而Bo值受一定条件的限制，所以要继续提高能量便需要更大的电磁铁以加大Ro值，致使造价随能量的2～3次方增加。因此，需要很高能量的电子束时，一般选用电子同步加速器或电子直线加速器。