一文解析电子感应加速器的原理

电子感应加速器，它利用非静电力加速，并且并不需要设备具有很大的尺寸就能实现粒子的高速加速。

一、涡旋电场

磁场的变化会产生感应电场，感应电场与静电场的基本性质有本质的不同：

1.静电场是有源的，必须有静电荷的存在，而感应电场是无源的

2.静电场的电场线不是闭合的，起始于正电荷终止于负电荷，而感应电场的电场线是闭合曲线，无头无尾

3.静电场有电势的概念，不同位置有不同的电势，而感应电场没有电势的概念，因为沿闭合回路回到原点电场力做功不为零。

由于感应电场的这些性质，人们描述其电场线就采用一系列无头无尾的同心圆闭合曲线，看起来像漩涡一样，所以把这种电场称为涡旋电场，其电场强度也同样用字母E表示，方向同感应电流的方向，大小与感应电动势成正比，其对所在同心圆的线积分等于感应电动势。

二、电子感应加速器

电子感应加速器的基本原理是利用变化的磁场所激发的涡旋电场来加速电子

在电磁铁的两极间有一环形真空室，电磁铁上绕有通电线圈，通过控制线圈上的交变电流，就可以在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱的交变磁场，这个交变磁场就会在真空环形室中产生涡旋电场，如图中虚线所示。如果此时向真空室中沿涡旋电场线切线方向注入电子，电子将受到涡旋电场的作用而加速，同时受到磁场的洛伦兹力而做圆周运动，圆周运动的半径

R=mv/Be

为了使电子的运动轨迹在固定轨道上，即半径R不变，就必须使磁场的磁感应强度B与电子速度v的变化保持同步

三、几点说明

1.进一步的推导表明：轨道半径处的磁感应强度B的变化率必须是轨道所围圆面积内磁感应强度平均值B’变化率的一半，所以会看到加速器环形真空室两极间的间隙从中心向外逐渐增大;

2.实际使用中，加在线圈上的电流是正弦信号，所以涡旋电场的方向也是随时间改变的，对于正弦信号来讲，只有在第一个四分之一周期和第四个四分之周期内电流是增大的，此时涡旋电场是正向的，对电子有加速作用，而在另一半周期内，线圈电流是减小的，产生的涡旋电场是负向的，对电子是减速的，所以实际上，通常在第一个四分之一周期内就必须把电子导出。

四、小结

通过控制磁场的变化率可以实现加速半径为任意设定值，使得设备尺寸得以便于设计。