加速器是一种使带电粒子增加速度(动能)的装置,常用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等科研项目。粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等。加速器在农业中可用于辐照育种、辐照保鲜和辐照杀虫、灭菌。

基本概述

加速器（accelerator）是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、α粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，像γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。

当前世界上的加速器大多是能量在100兆电子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等。数年来还利用加速器原理，制成各种类型的离子注入机。以供半导体工业的杂质掺杂而取代热扩散的老工艺。使半导体器件的成品率和各项性能指标大大提高。很多老工艺不能实现的新型器件不断问世，集成电路的集成度因此而大幅度提高。

详细信息

1932年美国科学家柯克罗夫特（J.D.Cockcroft）和爱尔兰科学家沃尔顿(E.T.S.Walton)建造成世界上第一台直流加速器——命名为柯克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器，以能量为0.4MeV的质子束轰击锂靶，得到α粒子和氦的核反应实验。这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。

1933年美国科学家凡德格拉夫(R.J.van de Graaff)发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——命名为凡德格拉夫静电加速器。

以上两种粒子加速器均属直流高压型，它们能加速粒子的能量受高压击穿所限，大致在10MeV。

奈辛(G.Ising)于1924年，维德罗(E.Wideroe)于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器，由于受当时高频技术的限制，这种加速器只能将钾离子加速到50keV，实用意义不大。但在此原理的启发下，美国实验物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。

由于被加速粒子质量、能量之间的制约，回旋加速器一般只能将质子加速到25MeV左右，如将加速器磁场的强度设计成沿半径方向随粒子能量同步增长，则能将质子加速到上百MeV，称为等时性回旋加速器。

为了对原子核的结构作进一步的探索和产生新的基本粒子，必须研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。1945年，前苏联科学家维克斯列尔(V.I.Veksler)和美国科学家麦克米伦(E.M.McMillan)各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特(M.L.Oliphant)也曾建议建造基于此原理的加速器——稳相加速器。

自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器（高频加速电场的频率随倍加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋频率与加速电场同步）、现代的质子直线加速器、同步加速器（使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹，但维持加速场的高频频率不变）等。

自此，加速器的建造解决了原理上的限制，但提高能量受到了经济上的限制。随着能量的提高，回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升，提高能量实际上被限制在1GeV以下。同步加速器的环形磁铁的造价虽然大大减少，但因横向聚焦力较差，真空盒尺寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙大，依然需要很重的磁铁，要想用它把质子加速到10GeV以上仍是不现实的。

1952年美国科学家柯隆(E.D.Courant)、李温斯顿(M.S.Livingston)和史耐德(H.S.Schneider)发表了强聚焦原理的论文，根据这个原理建造强聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价大大降低，使加速器有了向更高能量发展的可能。这是加速器发展史上的又一次革命，影响巨大。此后，在环形或直线加速器中，普遍采用了强聚焦原理。

美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6.2GeV能量的弱聚焦质子同步加速器，磁铁的总重量为1万吨。而布鲁克海文国家实验室33GeV能量的强聚焦质子同步加速器，磁铁总重量只有4千吨。这说明了强聚焦原理的重大实际意义。

以上主要介绍的是质子环形加速器，对电子加速器来说情况有所不同。1940年美国科学家科斯特(D.W.Kerst)研制出世界上第一个电子感应加速器。但由于电子沿曲线运动时其切线方向不断放射的电磁辐射造成能量的损失，电子感应加速器的能量提高受到了限制，极限约为100MeV。电子同步加速器使用电磁场提供加速能量，可以允许更大的辐射损失，极限约为10GeV。电子只有作直线运动时没有辐射损失，使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子加速到50GeV，这不是理论的限度，而是造价过高的限制。

加速器的能量发展到如此水平，从实验的角度暴露出了新的问题。使用加速器作高能物理实验，一般是用加速的粒子轰击静止靶中的核子，然后研究所产生的次级粒子的动量、方向、电荷、数量等，加速粒子能参加高能反应的实际有用能量受到限制。如果采取两束加速粒子对撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反应或新粒子的产生。

1960年意大利科学家陶歇克(B.Touschek)首次提出了这项原理，并在意大利的FRASCATI国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机，验证了原理，从此开辟了加速器发展的新纪元。

现代高能加速器基本都以对撞机的形式出现，对撞机已经能把产生高能反应的等效能量从1TeV提高到10～1000TeV，这是加速器能量发展史上的又一次根本性的飞跃。

自世界上建造第一台加速器以来，七十多年中加速器的能量大致提高了9个数量级（参见左图），同时每单位能量的造价降低了约4个数量级，如此惊人的发展速度在所有的科学领域都是少见的。

随着加速器能量的不断提高，人类对微观物质世界的认识逐步深入，粒子物理研究取得了巨大的成就。用人工的办法加速带电粒子，使其获得很高速度的装置．加速器利用一定形态的电磁场将电子、质子或重离子等带电粒子加速，使其具有高达几千、几万乃至近光速的高速带电粒子束，是人们认识原子核和探讨基本粒子，对物质深层结构进行研究的重要工具，同时随着加速器技术的不断发展，各种新的技术、新的原理不断更新，不断突破，进一步促进新技术的向前推进．加速器的研究和发展同时带来在工农业生产、医疗卫生、国防建设等各方面的重要而广泛的应用。

早在20世纪20年代，科学家们就探讨过许多加速带电粒子的方案，并进行过多次实验．其中最早提出加速原理的是E·维德罗．30年代初高压倍加器、静电加速器、回旋加速器相继问世，研制者分别获得这一时期的诺贝尔物理学奖．这以后随着人们对微观物质世界深层次结构的研究的不断深入，各个科学技术领域对各种快速粒子束的需求不断增长，提出了多种新的加速原理和方法，发展了具有各种特色的加速器．其中有电子感应加速器、直线加速器、强聚焦高能加速器、扇形聚焦回旋加速器。1956年克斯特提出通过高能粒子束间的对撞来提高有效作用能的概念，导致了高能对撞机的发展。

几十年来，人们利用加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成上千种新的人工放射性核素，并对原子核的基本结构和其变化规律进行了系统深入的研究，促使了原子核物理学的发展和成熟，并建立新的粒子物理学科，近20年来，加速器的发展的应用使材料科学、表面物理学、分子生物学、光化学都有重要发展。

中国加速器的发展始于50年代末期，先后研制和生产了高压倍加器、静电加速器、电子感应加速器、电子和质子直线加速器、回旋加速器。近年来更加先进的加速器在我国又取得重大进展，北京已建成正负电子对撞机，使我国加速器研制和应用进入了世界先进行列。

反应方式

高能加速器条件下的有关物质结构的研究，本质上是有关自然状态下自然能团（或能簇、能子）之间的能态在量方面的相对变（转化）关系。从弧理论的观念来看，利用高能加速器等方法来轰击类弧子结构（原子）的条件下，可得到弱相互作用关系：1、对称理论（普遍的对称性理论）2、非对称性理论，特殊条件下得之。如果轰击能子（弧合子，次原子结构），则得到强相互作用关系：渐近自由理论等。

上述两种作用均发生在能态层面而非物质态的层面；属能簇与能簇之间的关系。

弱相互作用：任何外来能团轰击类弧子结构时，沿时轴方向进入类弧子（从能量到能量）时，外加能量在进入类弧子结果体时，便会发生弧合作用而产生出对称弧合，对外显示出释放了两个旋向相反，质量相等能团，即对称性弧合反应。外加能量的能量级被限制在被轰击的类弧子的时轴的能量（假设等于1）范围内：小于0，大于1时，均不能产生出成对的能粒子。只有在<1,>的条件下，才可以生成亚粒子；在此层面上可以产生出许多亚粒子，理论上是无限多。

非对称弱相互作用：如果外加能量与类弧子的空间轴水平进入系统时，由于时间轴在空间轴上的非对称性（1/3），所有弱相互作用均发生在类弧子结构的能量交换过程中，本质上是对自然本在能态的一种人工扰动，并非是物质的结构性改变。类弧子结构是一种能态转化过程中的普遍存在的刚性结构。当外加能量进入时，这些外加能量就被“训化”了，形成适当的次粒子并被释放出来。这些过程是可以反复和重演的。

一切自然能态在其能量发生相互转化时的唯一结构体，即类弧子体。弱相互作用实际上是人工条件下对类弧子体的干扰性的物理学观察结果。自然能态犹如平静的湖面，人为的力量弄起了几丝涟纹；当这些人工干扰停顿时，自然能态将恢复如初，并未发生丝毫的改变。人们总结出来的理论或规律，仅仅是有关那几丝涟纹的观察结果。对于自然的能本态或物质性结构仍是一无所知。

与此不同的强相互作用则全部发生在能态的能子层面（状态）。能子状态的统一结构体，即绝对弧子。其时空轴绝对同一，组成绝对弧合子的最小能量子单位，现代人称为强子。强相互作用就是研究绝对弧合子能量单元之间的关系。这里，要求人工能量要有极高的能级状态，使用很高能量时才能激发这种相互作用。强相互作用对外不显示任何新粒子产生或亚粒子对产生；也就是说，如果产生的话，则是碰撞能量的转化形式。怎样转化仅仅取决于绝对弧合子吸收人工外加能量的量值。通常情况下不产生。多以光子形式被释放掉，寿命极短。

绝对弧子好比布满麻点的皮球，其麻点对应最小能单位，在无外加能量时，每个麻点的“位置”是同一的，即自由的，任意方位均可“看”到同一个麻点的存在。对其施加外力（外加能量）时，球面将会发生塌陷，此时塌陷边缘上对称的麻点发生对称性的背离运动，似乎被分开了。由于绝对弧子自身的稳定性，也即对人工能量的排斥性，看起来似乎是两个麻点拼命想恢复原状，给的力越大，凹陷越大，回弹性就越强；凹陷越小，回弹性越弱，按照现代物理学的观点理解，即渐近自由。这些实为假象（人工制造的假象）。

概括而论，弱相互作用及其规律以及强相互作用及其规律，例如杨振宁等的非对称性弱相互作用理论和戴维#26684；罗斯、戴维鳚#27874；利策和弗兰克#32500；尔切克等的强相互作用理论，渐近自由理论都是建立在人工作用条件下的，描述自然本态在被干扰时所发生现象的物理认识理论，而非自然本态的物理理论。其根本错误在于自然认识观是错误的，唯有弧理论可以正确概括和阐述各种自然的本在态结构。