电子对撞机

使正负电子产生对撞的设备

（又称电子－正电子对撞机）是一个使正负电子产生对撞的设备，它将各种粒子（如质子、电子等）加速到极高的能量，然后使粒子轰击一固定靶。通过研究高能粒子与靶中粒子碰撞时产生的各种反应研究其反应的性质，发现新粒子、新现象。用加速器的粒子轰击静止的靶，就像在一起交通事故中的一辆汽车撞到一辆停在路边的汽车上，撞车的能量很大一部分要消耗到使停在路边的汽车向前冲上，碰撞的威力就不够大。如果使两辆相向开行的高速汽车对头相撞，碰撞的威力就大许多倍。基于这种想法，科学家们在70年代初研制成功了对撞机。世界上已建成或正在兴建的对撞机有10多台。

作用

对撞机又作为同步辐射装置，在凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学化工、环境科学、生物医学、微电子技术、微机械技术和考古等应用研究领域取得了一大批骄人的成果。利用同步辐射光对高温超导材料进行的深入研究；对世界上最大尺寸的碳60晶体以及在0.1-0.3微米X射线光刻技术的研究均取得重要突破；在微机械技术方面，制成了直径仅4毫米超微电机，这种电机将能在医疗、生物和科研等方面有独特的用途。

工作原理

正负电子在对撞机里相向高速回旋、对撞，探测对撞产生的“碎片”——次级粒子并加以研究，就能了解物质微观结构的许多奥秘。虽然我们还不能预言这些研究结果将会有什么样的实际应用，但可以相信，微观奥秘的揭示一定会对人类的生活产生深远的影响，就象电磁波的发现已成为信息时代的先导、对原子核的研究导致了核能的广泛应用那样。而利用电子在对撞机里偏转时发生的一种光辐射——同步辐射，又可以把对分子和原子的研究，由静态的和结构性的开拓到动态的和功能性的。

但是，由于电子回旋时引起的同步辐射损失，使这种对撞机能量的进一步提高发生了困难，因为同步辐射功率与电子的能量二次方成正比，且与回旋半径的平方成反比，为了减少辐射损失，一般高能量的电子对撞机均采用大半径方案，即采用只有几千高斯的低磁场来控制电子的运动，即使如此，电子对撞机的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的电子在曲率半径为100m的对撞机中运动时,每圈的辐射损失约为10MeV，如果对撞机中的回旋电流为1A，要补偿这束电子流的辐射损失，就需要平均功率为10MW的高频功率。假如正电子流也为1A，则总的平均功率为20MW，由此可见，对撞机中高加速频系统的功率绝大部分是用来补偿这一同步辐射损失的。

辐射特性虽然给电子能量的进一步提高带来了困难，但也有一定的好处，这是因为电子或正电子注入对撞机后，由于电子的辐射损失，使电子截面受到强烈的压缩，电子很快集中到一个很小的区域中，其余的空间可以用来容纳再一次注入的电子，这样使积累过程简化，而且允许采用较低能量的注入器，通常采用直线加速器，也有采用电子同步加速器的。

这种对撞机中所需的正电子是由能量为几十兆电子伏以上的电子打靶后产生的，为了得到尽可能强的正电子束，往往需要建造一台低能量的强流电子直线加速器。另外产生出来的正电子束尚需再度注入到注入器中，与电子一起加速到必要的能量，再注入到对撞机中去。由于正电子束的强度只及电子束的千分之一到万分之一，所以需要几分甚至几十分钟的积累，才能达到足够的强度。

北京正负电子对撞机的外型，象一只硕大的羽毛球拍。圆形的球拍是周长240米的储存环，球拍的把柄就是全长202米的行波直线加速器。

由电子枪产生的电子，和电子打靶产生的正电子，在加速器里加速到15亿电子伏特，输入到储存环。正负电子在储存环里，可以22亿电子伏即接近光的速度相向运动、回旋、加速，并以每秒125万次不间断地进行对撞。而每秒有价值的对撞只有几次。有着数万个数据通道的北京谱仪，犹如几万只眼睛，实时观测对撞产生的次级粒子，所有数据自行传输到计算机中。科学家通过这些数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而揭示微观世界的奥秘。

研究未有穷期。为探索物质奥秘并造福人类，我国科学家将在不断认识微观世界的跋涉中继续奋进。

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