粒子加速器全稱 “荷電粒子加速器”，是一種利用電磁場在高真空環(huán)境中對帶電粒子（如電子、質(zhì)子、離子）進行加速和控制，使其獲得高能量的特種裝置。粒子加速器技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成為集高能物理、核物理、材料科學、生命科學等多學科交叉的基礎(chǔ)研究平臺，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、輻照加工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。

典型的粒子加速器主要由粒子源、真空加速室、束流導引與聚焦系統(tǒng)、束流輸送與分析系統(tǒng)等核心部分構(gòu)成。根據(jù)不同的分類標準，粒子加速器可分為多種類型：

▍按加速粒子種類 ：可分為電子加速器、質(zhì)子加速器、重離子加速器等。

▍按粒子運動軌跡 ：可劃分為直線加速器、環(huán)形（回旋、同步）加速器。

▍按加速電場原理 ：包括靜電加速器、感應(yīng)加速器、直線感應(yīng)加速器、駐波直線加速器、行波直線加速器、射頻諧振加速器等。

一、工作原理

粒子加速器的關(guān)鍵系統(tǒng)構(gòu)成涵蓋磁鐵系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、束流診斷、高精度磁鐵電源系統(tǒng)等。其核心原理基于電磁學和相對論物理，即利用電場（E）對帶電粒子施加力使其加速，從而大幅增加粒子動能；同時借助磁場（B）控制粒子的運動軌跡，確保粒子按預(yù)定路徑運動。

帶電粒子在電磁場中的運動遵循洛倫茲力方程：

其中 q 是粒子電荷，m是粒子質(zhì)量，v是粒子速度。

依照不同的加速結(jié)構(gòu)與原理，主要存在以下幾種類型：

▍回旋加速器：利用恒定磁場使帶電粒子做回旋運動，并用交變電場在特定位置（間隙）反復加速粒子。

▍同步加速器：在環(huán)形軌道中，磁場強度和高頻電場的頻率隨粒子能量增加而同步提升，維持粒子在固定軌道上被持續(xù)加速。

▍直線加速器：粒子沿直線路徑被加速，主要采用駐波加速和行波加速兩種結(jié)構(gòu)。

▍等離子體加速器：利用高功率激光或粒子束在等離子體中激發(fā)極強的尾波場（可達GV/m量級），可極大縮短加速距離。

粒子加速器作為尖端科技綜合體，研發(fā)過程面臨超高精度與穩(wěn)定性控制、極端環(huán)境適應(yīng)性、超導技術(shù)應(yīng)用、高能風險防控、復雜系統(tǒng)集成與可靠性保障等多重技術(shù)挑戰(zhàn)。

二、我國加速器裝置

自 1988 年北京正負電子對撞機（BEPC）建成以來發(fā)展迅速，我國已構(gòu)建起涵蓋低、中、高能區(qū)的加速器體系，現(xiàn)已建成并運行一批具有國際先進水平的大型粒子加速器裝置，覆蓋多個研究方向，以下是部分在建與已建成的裝置介紹。

（一）在建裝置

1、強流重離子加速器裝置（HIAF）

?位置：廣東惠州

?類型：強流重離子加速器裝置

?工程目標：建設(shè)一臺具有國際領(lǐng)先水平的下一代強流重離子加速器裝置,具備產(chǎn)生極端遠離穩(wěn)定線核素的能力,可提供國際上峰值流強最高的低能重離子束流、最高能量達4.25 GeV/u(吉電子伏每核子)的脈沖重離子束流和國際上測量精度最高的原子核質(zhì)量測量譜儀。

2、高能同步輻射光源（HEPS）

?位置：北京懷柔

?類型：高能第四代同步輻射光源

?工程目標：建設(shè)國際領(lǐng)先的高能同步輻射光源，儲存環(huán)能量達6GeV，亮度達1×1022phs/s/mm2/mrad2/0.1%BW，發(fā)射度小于0.06nm×rad，且設(shè)施空間分辨能力達到10nm量級，能量分辨能力達到1meV伏量級，時間分辨達到ps量級。

（二）已建成裝置

1、北京正負電子對撞機（BEPC / BEPCII）

?位置：北京，中國科學院高能物理研究所

?類型：雙環(huán)正負電子對撞機

?技術(shù)亮點：我國第一臺高能加速器（1988年建成），在τ-粲物理前沿研究和同步輻射應(yīng)用方面成果卓著。

2、蘭州重離子加速器（HIRFL-CSR）

?位置：蘭州，中國科學院近代物理研究所

?類型：重離子同步加速器冷卻儲存環(huán)裝置

?技術(shù)亮點：目前亞洲能量最高、國內(nèi)唯一的重離子加速器綜合研究裝置，獨創(chuàng)“主加速器（SFC+SSC）+冷卻儲存環(huán)（CSRm）+實驗環(huán)（CSRe）”的復雜系統(tǒng)，成功合成21種新核素。

3、上海同步輻射光源（SSRF）

?位置：上海張江

?類型：中能第三代同步輻射光源

?技術(shù)亮點：我國大陸第一臺第三代同步光源（2009年建成），儲存環(huán)周長432米。產(chǎn)生的同步輻射光具有高強度、高亮度、寬波長范圍（紅外-硬X射線）、高準直性、脈沖性等優(yōu)異特性。

4、中國散裂中子源（CSNS）

?位置：廣東東莞

?類型：散裂中子源（基于質(zhì)子加速器）

?技術(shù)亮點：我國首臺、世界第四臺脈沖型散裂中子源（2018年建成）。通過高能質(zhì)子轟擊重金屬靶產(chǎn)生高通量中子，是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)（特別是磁性、輕元素、動力學過程）的“超級顯微鏡”。

5、上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）

?位置：上海張江（毗鄰SSRF）

?類型：自由電子激光裝置

?技術(shù)亮點：我國首臺X射線自由電子激光用戶裝置，也是國際上首臺覆蓋水窗波段的軟X射線自由電子激光裝置，包括1.5GeV電子直線加速器、波蕩器、光束線站。

森木磊石積極參與我國加速器裝置的建設(shè)，其 PPEC inside 系列高精度磁鐵/超導電源、束線四級鐵電源、kicker高壓脈沖充電電源等電源裝置，均滿足穩(wěn)定度<10ppm/8h，為我國粒子加速器技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展貢獻力量。

我國的粒子加速器裝置近年來取得了長足的發(fā)展，涵蓋了高能物理研究、同步輻射研究、中子散射研究、核物理研究等多個方向。這些裝置的建設(shè)和運行，為我國的基礎(chǔ)科學研究提供了重要的支撐，隨著科技的不斷進步，我國的粒子加速器技術(shù)將不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為科學技術(shù)的前沿探索和應(yīng)用拓展做出更大的貢獻。

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