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是地球上光的主要來源。太陽傳遞到地面的電磁波中，約有44%是在可見光的範圍
光是一種人類可以見的（譜），就是對於光的。光只是上的某一段頻譜，一般是定義為介於400至700（nm）之間的電磁波，也就是波長比長，比短的電磁波。有些資料來源定義的可見光的波長範圍也有不同，較窄的有介於420至680奈米，較寬的有介於380至800奈米。
光既是一种高频的电磁波，又是一種由称為的組成的粒子流。因此光同时具有性与性，或者说光具有“”。
光的本性问题很早就引起了人们的关注。
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早在公元前6至5世纪的，（Samkhya）和（Vaisheshika）的学者已形成了光的理论。数论派认为光是组成世间万物的五微尘（tanmatra，即“五唯”——香、味、色、触、声）之一。这五种元素的粒子性并没有被特别说明，并且似乎是被作为连续状态来理解的。
另一种观点来自胜论派，他们提出了一种原子理论，认为物理世界是由非原子的以太、时间和空间所构成。最基本的原子分别是土（prthiv?），水（pani），（agni）和（vayu），这里的意思和通常意义上的这几种物质并不等价。这些原子结合形成双原子分子，然后进一步结合以形成更大的分子。这些实物原子被视作是运动的，这种运动似乎还被理解为非瞬时性的。他们认为光线是高速的火（tejas）原子流。当火原子以不同速度运动、以不同形式组合时，光粒子可以展现不同的特征。在公元前一世纪左右的《毗濕奴往世書》（Vishnu Purana）里，阳光被称为“太阳的七辉线”。
印度佛教徒，比如五世纪的（Dignāga）和七世纪的（Dharmakirti），发展出了一种原子论哲学，认为组成现实世界的原子实体其实是光或能量的瞬间流动。光被认为是和能量等同的原子整体，类似于现代光子概念，但是他们把所有物质都一概视作由这些光能粒子所构成。
在公元前5世纪，（Empedocles）提出假设，认为万物由火、空气、土、水四种元素构成。他相信人类的眼睛是（Aphrodite）以这四种元素所造，并且阿佛洛狄忒在人眼中燃炎，从而照亮外物形成视觉。但如果真是这样，那无论昼夜人都该有同等视力。对于这个问题，恩培多克勒假想了一种太阳光线和视线互感的机制来加以解释。
在公元前300年左右，在著作《光学》（Optica）中写到了他对光性质的研究。欧几里得设想光线笔直传播，并用数学方法研究并阐述了反射定律。他质疑视觉产生于眼睛内发光的观点，因为它不能解释为什么在夜晚眨一下眼睛后还能立刻看到星星，除非眼睛发出的光以极速传播。
在公元前55年，罗马人将早期者的观点进一步作了发扬， 即使和之后的粒子理论相近似，卢克莱修的理论在当时并没有被广泛接受。他写道： “太阳的光和热都是由微小原子组成，发射后将没有损耗地穿过空气介质背离光源前进” ——《关于宇宙的本质》
（）认为光是发光物的一种机械属性，这不同于（Ibn al-Haytham）和（Witelo）的“形态”说，也不同于，（Grosseteste）和的“种类”说。他在1637年发表的光折射理论中，类比声波的传播行为，错误地得出了光速和传播介质密度成正比的结论。虽然笛卡尔在相对速度上判断错误，但他正确地假设了光的波状性质，还成功地用不同介质下光速的差异解释了折射现象。虽然笛卡尔并不是第一个尝试用机械分析解释光的人，但他明确坚持光仅是发光体和传播介质的机械波性质，而因此使他的理论被视作现代物理光学的起点。
法国数学家(Pierre Gassendi)提出了他的光粒子假设，他的这一假设在他死后发表，并且在早年引起了他的兴趣。牛顿本人倾向于笛卡尔的（plenum）。他在他1675年的《解释光属性的假说》（An Hypothesis explaining the Properties of Light）中提到，光是由光源向四面八方发射的微粒组成。牛顿反对光波动说的一个理由是，波会绕开障碍物，而光却是直线传播的。但对于格里马尔迪（Francesco Grimaldi）观察到的衍射现象，牛顿甚至也稍作妥协，解释为光粒子移動於以太所产生的局部波造成。
的理论和光的反射现象相吻合，但对于折射现象，牛顿错误地认为是因为进入高密度介质时所受引力更大使光加速而成的。牛顿在1704年发表了他集大成的《光学》一作。牛顿本人的权威使光的粒子理论在18世纪甚嚣尘上。但（Laplace）反驳说，人的密度既然这么大，那光几乎不可能逃脱人的引力了。用现在的说法，人将成为一个黑洞。
在1660年代，发表了他的光波动说。在1678年得出了他自己的波动学说，并在1690年发表在他的《光的专著》（Treatise on light）里。他认为光线在一个名为发光以太（Luminiferous ether）的介质中以波的形式四射，并且由于波并不受重力影响，他假设光会在进入高密度介质时减速。光波动说预言了1800年发现的现象以及光的性。杨用衍射实验展现了光的波动性特征，还提出颜色是由光波波长不同所致，用眼睛的三色受体解释了色觉原理。
也是光波动说的支持者之一，他在《光和色彩的新理论》（Nova theoria lucis et colorum）中阐述了他的这一观点，他认为波理论更容易解释衍射现象。
之后，也独立完成了他的波动理论的建立，并于1817年上递给法国科学院。完善了菲涅耳的数学证明，给了光粒子说致命一击。在1821年，菲涅耳使用数学方法使光的偏振在波动理论上得到了唯一解释。
但波动理论的弱点在于，波，类似于声波，传播需要介质。虽然曾有过发光以太的假想，但这也因为19世纪陷入了强烈的质疑。
牛顿推测光速在高密度下变高（而實際光速在高密度介質變低），惠更斯和其他人觉得正相反。但当时并没有准确测量光速的条件。1802年，做實驗發現，當光波從較低密度介質移動進入較高密度介质之後，光波的波長會變短，他因此推論光波的運動速度會降低。1850年，的实验得到了和波动理论同样的结果。
1845年，发现当偏振光穿过施加了磁场的透明介质时，会发生偏振旋转。这后来被称为效应，它首次发现了光和电磁的关系。在1846年，他推测光可能是沿磁场线衍生的某种形式的扰动。次年，法拉第提出光是一种高频电磁振动，不需要介质也能衍生。
法拉第的研究启发了研究电磁辐射和光。麦克斯韦发现自生电磁波会以恒定速度传播，而且这个速度恰好等于光速。正是从这一点出发，麦克斯韦得出了光是一种电磁波的结论。20多年后，赫兹用实验证实了电磁波的存在，测得电磁波的传播速度的确与光速相同，同时电磁波也能够产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象，从实验中证明了光是一种电磁波。
波动理论几乎在所有光学和电磁学的现象中得到了验证，这是19世纪物理学的一个重大成果。但到19世纪末期，有一些实验现象要不是無法解释，就是違反當時理论，其中一个争议即為。实验数据的结果指出，放出的电子能量与光线的频率成正比，而非强度。更特別的是，當光線小于某一个最小后，无论再加大强度，都不会产生感应电流，这现象似乎是違反了波理论。許多年来，物理学家们尝试寻找答案都无功而返，直到1905年让粒子理论重回历史舞台。由于太多的实验现象为波动理论佐证，使得爱因斯坦的想法，在当时的物理学界受到了巨大质疑。然而爱因斯坦对光电效应的解释最终得到了认同，并开启了和两扇大门。
光是的一种方式。光源所以发出光，是因为光源中的运动。有三种方式：、、。前者为生活中最常见的，比如和；后者多应用于。
另外，光波本身就是从原子、分子内出的高频，因此光波可以通过加速产生。如光、、、等。与将发光看做内部因吸收外界能量而导致其发生变化的结果。、波动光学、非线性光学与同步辐射光等理论完全可以用中的相关内容来解释。
光沿直线传播，简言之光是直线运行的，也不需要任何介质，但在其他物体的的影響下，光的传播路径会发生偏折，最显著的就是黑洞的影响
光線遇另一介質的情況是指入射光反回原介質的情形，反射定律可以下列三原則來說明：
反射線、入射線與法線在同一平面上。
反射線與入射線在法線的兩側。
反射角等於入射角：
光从不同密度的介质穿过时发生的偏折现象为，不同介质可以出現不同的折射角，由該介質的
來決定，並遵從：
光速在不同介質中亦會轉變：
時，折射光沿着介面運行，這時
時，入射光則完全反射回原介質，稱為全內反射。
全內反射是光折射的一個特殊情況，当光线由密度较高的介质（光密）到密度较低的介质（光疏）且入射角大于临界时，即 ，則只有反射光線，没有折射光线，這現象是為，就是應用這現象來運作。
在干涉與繞射可忽略的情況中，入射光線与反射光線的可交换性。就是在一條光徑的終點，發出反方向的光，此光可沿原路徑回到原來的起點。在介质分界面处应用光路的可逆性可导出关于反射率和折射率的关系。
是波的一种特性。在1678年提出光是一种波动后，由于得到两列相干光源很不容易，所以波动说很长时间内没有被证明认可。直到1801年，才由物理学家巧妙而简单的解决了相干光源的问题。
现象也是波的一种特性，是光在通過闊度與其波長相當的孔或縫時所發生的現象，光不會持續原來的直線路徑，而是作扇形發散狀。
一種光游離作用（光子將電子撞出原子，使之游離的過程），最常見的應用是以光束完成電流通路的系統。
在真空中光的傳播速度為 299,792,458 m/s（準確），是一個常數，以符號
代表，也是訊息傳播速度的上限。由於光子的静止質量為0，因此理論上並沒有任何物質的速度能超過光速
正在的叫做光源，而「正在」這個條件必須具備。光源可以是的或和的。
在光的产生过程中，因为跃迁能级的不同，释放出不同频率的（能量方程）。而不同频率的光会有着不同的颜色。可见光范围内依次为赤橙黄绿蓝靛紫。白光为所有这些光谱的综合。如果用折射白光，就能够观察到上述可见光光谱。
既复色光（如白光）被色散系统（如）分类后，按波长的大小依次排列的图案。
后来，对光谱的研究就成了一门专业学科——光谱学。人们利用光谱来研究发光物体的性质。在现代，光谱学在的研究方面起着重要的作用。
光是传播的。基于光线的光学，称为几何光学或（Beam Optics）。
能源（清洁能源）、电子（电脑、电视、投影仪等）、通信（光纤）、医疗保健（伽马刀、B超仪、、、X光机）等。
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By the International Lighting Vocabulary, the definition of light is: “Any radiation capable of causing a visual sensation directly.”
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基于嵌入式linux的分光光度计控制系统的研究
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3秒自动关闭窗口粒子加速器_百度百科
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粒子加速器particle accelerator是用方法产生高速的装置中常见的粒子有用于电视的管及管等设施是探索和的性质内部结构和相互作用的重要工具在工等方面也都有重要而广泛的实际应用外文名particle accelerator分&&&&类、等应用领域工农业生产、医疗卫生等产生时间1932年
<img title="粒子加速器" style="float:" picsrc="9f2fab7d605eaf0e5" data-layout="hangright" width="547" height="217" url="http://c./baike/s%3D250/sign=00fe01f4c895d143de76e/9f2fab7d605eaf0e5.jpg" compressw="250" compressh="99" useredit="1" />自E·卢瑟福1919年用天然出来的轰击氮原子首次实现了的人工转变以后就认识到要想认识必须和进行同步的研究
这是应用[1]发现了绝大部分新的和合成的上千种新的的发展又使人们发现包括和各种共振态粒子在内的几百种粒子加速器的结构一般包括3个主要部分
①源用以提供所需的有以及等等
②加速系统其中有一定形态的并且为了使在不受空气中的分子的条件下 整个放在极高的室内
③聚焦系统用一定形态的来并被的使之沿预定轨道接受的所有这些都要求的综合和配合
加速器的效能指标是粒子所能达到的和流的流强按照粒子能量的大小可分为低能加速器小于10^8eV中能加速器在10^8～10^9eV在10^9～10^12eV和超高能加速器能量在10^12eV以上)低能和中能加速器[2]主要用于各种实际最初是作为人们探索的重要而发展起来的其发展历史概括如下
1919年用天然放射源实现了上第一个人工激发了人们用快速变革的强烈愿望
1928年关于的表明远低于天然射线的也有可能透入内该研究结果进一步增强了人们研制人造快速粒子源的兴趣和决心
1932年JD考克饶夫特John D. Cockroft和E.T.瓦尔顿Earnest T. S. Walton在England的 Cavendish开发制造了700kV倍加速器加速即Cockroft-Walton 实现了第一个由人工加速的粒子引起的LipαHe核反应由多级multi-step voltage divider 产生恒定的梯度使进行直线加速
1930年Earnest O. Lawrence制作了第一台这台加速器的直径只有10cm随后经M. Stanley Livingston资助建造了一台25cm的较大回旋其被加速的能量可达到1MeV几年后他们用由回旋加速器获得的4.8MeV和束轰击靶核产生了高强度的束还首次生产出了24Na32P和131I等人工
1940 由 D. W. Kerst 利用产生的发明了新型的加速电子Betatrons它是加速电子的圆形加速器与的不同之处是通过增加穿过电子轨道的magnetic flux 完成对电子的加速作用电子在固定的轨道中运行在该加速器中必须和处理电子的相对论作用一样来处理由辐射而丢失的能量所有被加速的粒子辐射电磁能并且在一定动能范围内被加速电子的辐射损失能量比质子的多这种丢失的称同步加速辐射因此电子感应加速器的最大能量限制在几百MeV内
在研制电子感应的过程中提出了电子的振荡理论并解决了带电粒子在加速过程中的稳定性问题该理论适用于各种类型的梯度磁场聚焦的加速器因此在加速器的发展历史上该加速器起了重要的作用
电子感应加速器除了主要用于产生的γ射线做核反应等方面的应用外还广泛用于工业和医疗方面如无损探伤工业辐照等
1945年斯勒尔和.E.M.麦克米伦分别提出了谐振加速中的自动稳相原理从理论上提出了突破回旋加速器能量上限的方法从而推动了新一代中高能回旋谐振式加速器如电子同步加速器同步回旋加速器和质子同步加速器等的建造和发展四大研究装置中国的粒子加速器
80年代以来我国陆续建设了四大高能物理研究装置――和2000年以后国家和合作花费14亿元之巨兴建了大科学装置为什么国家要花费如此巨资建设这高能呢
随着科学技术的发展人类对的认识是从一开始看到身边的各种物质逐渐发展到借助直到后来的粒子加速器等逐步深入到细胞分子原子和原子核深层次每深入一步都会带来巨大的社会效益和经济效益原子核及其核外电子的发现带动了 X光的发展而近几十年对原子核的研究则为原子能的利用奠定了基础
要想了解物质的微观结构首先要把它打碎加速器就是用高速粒子去打碎被测物质让正负电子在运动中相撞可以使物质的微观结构产生最大程度的变化进而使我们了解物质的基本性质一直以来科学家们都致力于粒子加速器小型化军事学家则希望制成能击穿钢铁的粒子枪
北京正负电子对撞机是一台可以使正负两个电子束在同一个环里沿着相反的方向加速并在指定的地点发生对头碰撞的高能物理实验装置由于的作用正负电子进入环后在电子计算机控制下沿指定轨道运动在环内指定区域产生对撞从而发生高能反应然后用一台大型粒子探测器分辨对撞后产生的带电粒子及其衍变产物把取出的电子信号输入计算机进行处理它始建于日1988年10月建成包括正负电子对撞机大型粒子探测器和
北京正负电子对撞机的建成为我国和同步辐射应用研究开辟了广阔的前景它的主要性能指标达到80年代国际先进水平一些性能指标迄今仍然是国际同类装置的最好水平 而且中美科学家还于日在北京正负电子对撞机上首次发现一个新粒子中美科学家合作分析研究从对撞机上得到的5800万个J粒子事例的数据时发现了这个新的短寿命粒子这可能是几十年前由科学家和预言的多夸克态粒子
上海同步辐射光源
是一台高性能的中能第三代它的英文全名为Shanghai Synchrotron Radiation facility简称SSRF它是我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台在科学界和工业界有着广泛的应用价值每天能容纳数百名来自全国或全世界不同学科不同领域的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发
兰州重离子加速器
兰州兰州重离子加速器是我国自行研制的第一台重离子同时也是我国到为止能量最高可加速的粒子种类最多规模最大的重离子加速器是世界上继日本之后的第三台同类大型回旋加速器1989年H月投入正式运行主要指标达到国际先进水平中科院近代物理研究所的科研人员以创新的物理思想利用这台加速器成功地合成和研究了10余种新
合肥同步辐射装置
国家同步辐射实验室合肥同步辐射装置主要研究粒子加速器后光谱的结构和变化从而推知这些粒子的基本性质它始建于1984年4月日正式建成迄今已建成5个实验站接待了大量国内外用户取得了一批有价值的成果
实验室1989年4月提前建成并调试出束机器坐落在安徽省中国科技大学西校园中
世界上最大能量最高的粒子加速器大型强子对撞器Large Hadron Collider简称LHC[3]
大型强子对撞器(Large Hadron ColliderLHC是一座位于瑞士近郊欧洲核子研究组织CERN的加速器与对撞机作为国际高能物理学研究之用(全球定位点北纬46°14′00″东经6°03′00″46.;6.05) LHC已经建造完成北京日下午1530正式开始运作[4]成为世界上最大的粒子加速器设施但在日LHC第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏导致对撞机暂停运转[5]LHC是一个国际合作的计划由34国超过两千位物理学家所属的与实验室所共同出资合作兴建的[6]美国科学家Tomas Plettner在出版的上报告他和斯坦福线形加速器中心SLAC的同事一起用一种波长800纳米的商用调节真空中运行的电子的能量获得了和每米递减4千万伏的电场一样的调制效果这一技术有望发展成新型激光粒子加速器用来将粒子加速到Tev万亿电子伏的量级
传统的加速器必须做成几百米甚至更长的庞然大物以将粒子能量提升到粒子物理学家所需的程度几年来科学家发展出一种主要基于激光等离子体的技术可获得比传统加速器更高的加速梯度从而为缩短加速度的长度带来可能然而之前的一些技术往往导致同步加速器的辐射损失或降低粒子束的质量限制了其对粒子物理学家的吸引力
研究小组开发的新方法在用激光束加速的同时施加一个和激光同向的纵向电场形成叠加的加速效果电子获得的能量自然等于纵向电场和激光束单独作用施加能量之和该装置在真空中加速电子而不是在复杂得多的等离子体环境中
在自然空间激光的相位速度单一波长光的传播速度比电子的速度低因此不会影响加速效果然而Plettner和同事用一种镀金的带状聚合物在电子束和光束互相作用的点上设置一条边界线该线减轻了电子束和光束之间的相互影响使两者之间产生电子加速所需的能量交换从而克服了这个问题
这项工作最初最主要的动机是想探索开发粒子加速器的可能性从而把现有直线加速器的长度缩减一个数量级Plettner说这将导致碰撞能达1Tev甚至更高的紧凑型高亮度轻子碰撞的出现据悉新方法还可能导致小型源技术的发展1955年
原子能所建成700eV质子静电加速器
1957年前后
中国科学院开始研制电子回旋加速器
中国科学院高能所2.5MeV质子静电加速器建成
中国第一台回旋加速器建成
400keV质子倍压加速器建成
1958年~1959年
清华大学2.5Mev电子回旋加速器出束
中国科学院高能所30MeV建成
中国第一台自行设计制造的质子直线加速器首次引出能量为10MeV的质子束流脉冲流达到14mA.
北京正负电子对撞机实现正负电子对撞
近代物理研究所用于加速器重离子的分离扇形回旋加速器(HIRFL)建成
推至对撞点上开始总体检验用已获得的巴巴事例进行刻度北京谱仪开始物理工作中国科技大学设计的我国最早起步的同步辐射加速器建成出光它由200MeV电子直线加速器和800MeV储存环组成
北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)第一阶段设备安装和调试工作取得重大进展同年11月19日16时41分直线加速器控制室的示波器上显示出的电子束流流强约为2A以上标志着BEPCⅡ直线加速器的改进工作取得一个重要的阶段性成果
北京正负BEPC正式结束运行投资6.4亿元的北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)第二阶段新的双环正负电子对撞机储存环的改建工程施工正式开始新北京正负电子对撞机的性能将是同一类装置的3~7倍对研究体积为原子核一亿分之一的夸克粒子等基础科研具有重要意义粒子加速器按其作用原理不同可分为
利用加速带电时粒子是沿着一条近于直线的运动和被逐级加速的因此当需要很高的能量时的直线距离会很长有什么办法来大幅度地减小加速器的尺寸吗办法说起来也很简单如果把直线轨道改成圆形轨道或者螺旋形轨道一圈一圈地反复加速这样也可以逐级谐振加速到很高的能量而加速器的尺寸也可以大大地缩减
1930年E.O.劳伦斯[7]在直线加速器加速工作原理的启发下提出了研制回旋的建议劳伦斯建议在回旋加速器里增加两个半圆形使带电不再沿着直线运动而沿着近似于平面的轨道运动这种改造使得加速器的电场不至于如此之长而导致电场能损失是一个极富设想的设计发明1931年建成了第一台直径约10厘米用2千伏的加速工作把加速到80证实了回旋加速器的工作原理是可行的在1932年又建成了直径为27的可以把加速到1MeV
的的磁极是圆柱形的两个磁极之间形成接近均匀分布的主导磁场磁场是恒定的不随时间而变化在作用下带电粒子沿着圆弧轨道运动粒子能量不断地提高轨道的也不
断地提高运动轨道近似于一条平面
两个磁极之间是真空室里面装有两个半圆形空盒状的金属电极通称为D形电极D形电极接在高频电源的输出端上2个D形电极之间的空隙加速间隙有电场产生粒子源安装在真空室中心的加速间隙中D形电极内部没有高频电场粒子进入D形电极之内就不再被加速在恒定的主导磁场作用下做圆周运动只要粒子回旋半圆的时间等于加速电压半周期的奇整数倍就能够得到谐振加速用一个表达式可以表示成
式中Tc是粒子的回旋周期Trt是加速电压的周期K应该是奇整数
这类利用轴向磁场使带电粒子做回旋运动周期性地通过高频电场加速粒子的回旋加速器又可以分为两类
第一类是没有自动稳相机制的等时性回旋加速器就是属于这一类D形电极间加有固定的高频加速电场粒子能量低时回旋频率能保持与高频谐振而当能量高时粒子的回旋频率会随着能量的提高而越来越低于高频电场频率最终不能再被谐振加速为了克服这个困难可以使磁场沿半径方向逐步增加以保持粒子的回旋频率恒定然而磁场沿半径方向递增却又导致粒子束流轴向散开为解决这一矛盾60年代初研制成功了在磁极上巧妙地装上边界弯曲成螺旋状的扇形铁板它可以产生沿方位角变化的磁场即使加速粒子轴向聚焦又使磁场随半径增大而提高保证粒子的旋转频率不变即旋转一周的时间不变因此被称为等时性回旋加速器
第二类是有自动稳相机制的属于这一类型的加速器有1稳相23轴向磁场保持恒定而使高频加速的频率随着粒子回旋频率的降低而同步降低从而使带电粒子仍能继续被谐振加速这类加速器又名调频回旋加速器或稳相加速器采用自动稳相机制以后在理论上可以将质子加速到无限高的能量然而由于技术上和经济上的原因历史上最大的稳相加速器的能量只达到700MeV这一类型的加速器用来加速质子有的用于加速掺氘核α粒子甚至氮离子它的主导是随时间改变的以保证带电粒子在恒定轨道上回旋为此磁铁做成环形的可使磁铁重量减轻加速电场是交变的其频率随着带电粒子回旋频率的改变而改变以保证谐振加速同步加速器既能加速电子称为又能用于加速质子称为质子同步加速器或同步稳相加速器用于加速重离子的同步加速器顾名思义应称为重离子同步加速器又称为微波回旋加速器专门用于加速电子这一类型的加速器中轴向磁场是均匀的加速电场的频率也是恒定的而所不同的是让加速间隙位于磁极的一端电子的轨道为一系列与加速间隙中心线相切的圆图2.5是电子回旋加速器中电子轨道的示意图电子每回旋一圈就被加速一次只要回旋周期等于加速电压周期的整数倍就有可能进行谐振加速电子回旋加速器的能量都不是很高最大的也不过几十MeV束流强度为30～120微安大多数用于医疗和学等方面被加速的以一定的能量在一圆形结构里运动粒子运行的圆形轨道是由磁偶极dipole magnet所控制和直线加速器(Linac)不一样环形加速器的结构可以持续地将粒子加速粒子会重复经过圆形轨道上的同一点但是粒子的会以同步辐射方式发散出去
是当任何带电粒子加速时所发出的一种粒子在圆形轨道里运动时都有一个向心加速度会让粒子持续辐射此时必须提供电场加速以补充所损失的能量同步辐射是一种高功率的辐射加速器将电子加速以产生同相位的X光
除了加速电子以外也有些加速器加速较重的离子如以运作更高的能量领域的研究譬如对于及的研究分析
最早的环形加速器为 粒子1912年由 恩奈斯特·劳伦斯en:Ernest O. Lawrence所发明粒子回旋加速器有一对半圆形D形的中空盒子以固定频率变换电场用以加速带电粒子以及一组磁偶极提供磁场使运动粒子转弯带电粒子从盒子的圆心地方开始加速然后依螺旋状轨迹运动至盒子边缘
粒子回旋加速器有其能量限制因为 特殊效应会使得高速下的粒子质量改变粒子的核质比与回旋频率间的关系因此改变许多参数需重新计算当粒子速度接近光速时粒子回旋加速器需提供更多的能量才有可能让粒子继续运行而这时可能已经达到粒子回旋加速器机械上的极限
当电子能量到达约十个百万电子伏特10 MeV时原本的粒子回旋加速器无法对电子再做加速必须用其它方法如 同步粒子回旋加速器和 等时粒子回旋加速器的使用这些加速器适用于较高的能量而不用于较低的能量
如果要到达更高的能量约十亿billion eV or GeV必须使用同步加速器同步加速器将粒子置于环形的真空管中称为储存环储存环有许多的磁铁装置用以聚焦粒子以及让粒子在储存环中转弯用微波高频提供将粒子带电粒子在直线中加速运行到加速器的末端较低能量的加速器例如及产生器使用约数千伏特的DC差的一对板在X光产生器的靶本身是其中一个电极 此加速方式由Leó Szilárd提出最后由Rolf Wider?e在1928年成功做出第一台实验装置较高能的直线加速器使用在一直线上排列的电极板组合来提供加速电场当带电粒子接近其中一个电极板时电极板上带有相反电性的电荷以吸引带电粒子当带电粒子通过电极板时电极板上变成带有相同电性的电荷以排斥推动带电粒子到下一个电极板为了能让粒子持续加速通过科学家通常会把电极版设计成电极环 所以带电粒子束加速时必须小心控制每一个环上的交流AC电压让每一个带电粒子束可以持续加速由于粒子速度越来越快要保持电场加速粒子效率电击环的长度必须越来越长使电场作用在粒子的时间提高为了保持粒子运动轨迹的稳定性通常会使用一连串的四极(Quadrupole magnets)强制让粒子束往中心方向聚集
当粒子接近光速时会由于相对论效应粒子会将电能转成质能电场的转换速率必须变得相当高以抵抗相对论效应须使用高频来运作加速电场 直线加速器由于高电压的运作会使仪器表面有感应电荷存在这不只会造成实验误差更造成安全上的漏电甚至这些在金属仪器表面的电能会转成更危险的热能这造成了直线加速器必须有极限电压以保安全加上仪器尺寸过大高电压运作的电费更是一大负担于是在直线加速器之后科学家基于成本和安全要求发明了(Cyclotron) (Ernest Lawrence发明了回旋加速器并在1939年荣获诺贝尔物理奖)
虽然直线加速器有成本和安全的缺点但是和现今的粒子加速器比较的话它还是有高功率(短时间将粒子加速到相对论状态)和高数量输出的优点 直线加速器也被称为LinacLinearAccelerator的简称[2]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, &0 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等的非对称性弱相互作用理论和?#26684;罗斯戴维?#27874;利策和?#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
低能加速器的应用
低能加速器的应用是核技术应用领域的重要分支在世界各地运行着的数千台加速器中大多数是在工业农业医疗卫生等领域内得到广泛应用的低能加速器低能加速器在这些领域的应用极大地改变了这些领域的面貌创造了巨大的经济效益和社会效益从20世纪30年代到50年代后半期的20年时间里加速器的能量增加了几百倍到几千倍这是因为要发现除了到中去寻找外就得到原子核内部去寻找原子核内部存在非常强大的作用力即(nuclear force)把基本粒子紧紧地结合在一起因此研究基本粒子需要很大的能量随着加速器能量的增加在实验室中所发现的基本粒子数目也增多了
粒子加速器的规模已有小于一个大型机器其用电量相当于一个工作人员可达数千人有宇宙粒子制造厂之称但是尽管今日粒子加速器能量已经够大的了可它仍然远远不能适应探索原子奥秘的要求因此随着人们对原子奥秘探索的深入粒子加速器仍会不断地改进
为止粒子加速器的最高能量是由大型强子对撞机LHC产生的两束能量为3.5Tev的质子束相互碰撞能量高达7TeV应用加速器产生的电子束或X射线进行辐照加工已成为化工电力食品环保等行业生产的重要手段和工艺是一种新的加工技术工艺它广泛应用于聚合物交联改性涂层固化聚乙烯发泡热收缩材料半导体改性木材-塑料复合材料制备食品的灭菌保鲜烟气辐照脱硫脱硝等加工过程
经辐照生产的产品具有许多优良的特点例如辐照交联聚乙烯电缆经105Gy剂量辐照后其电学性能热性能都有很大提高使用温度辐照前为60~70℃辐照后长期使用温度可达120℃以上我国已有用加速器进行辐照加工的生产线200多条无损检测就是在不损伤和不破坏材料制品或构件的情况下就能检测出它们内部的情况判别内部有无缺陷现代无损检测的方法很多例如超声波探伤法涡流探伤法荧光探伤法及法等射线检测法即可检查工件表面又可检查工件内部的缺陷设备可以采用Co60产生的γ射线X光机产生的低能X射线和电子加速器产生的高能X射线尤其是探伤加速器的穿透本领和灵敏度高作为一种最终检查手段或其它探伤方法的验证手段及在质量控制中在大型铸锻焊件大型压力容器反应堆压力壳火箭的固体燃料等工件的缺陷检验中得到广泛的应用这种探伤加速器以电子直线加速器为主要机型
射线检测的方法根据对透过工件的射线接受和处理方法的不同又可把射线检测法分为三种
这种方法与我们体检时拍X光胶片相似射线接受器是X光胶片探伤时将装有X光胶片的胶片盒紧靠在被检工件背后用X射线对工件照射后透过工件的射线使胶片感光同时工件内部的真实情况就反映到胶片的乳胶上对感光后的胶片进行处理后就可以清楚地了解工件有无缺陷以及缺陷的种类位置形状和大小
b辐射成像法
这种方法的射线接受器是阵列探测器或荧光增感屏前者就是和共同研制生产的大型集装箱检查系列产品后者就是用于机场铁路的行李包裹的X射线安检系统也可用于工业的无损检测这种方法配以可以在线实时显示物品内部的真实情况
与医用原理类似CT技术即计算机辅助层析成像技术选用加速器作为X射线源的CT技术是一种先进的无损检测手段主要针对大型和精密工件的检测而发展起来它的密度分辨率可达0.1%比常规射线技术高一个数量级在航天航空兵器汽车制造等领域精密工件的缺陷检测尺寸测量装配结构分析等方面有重要的应用价值利用加速器将一定能量的离子注入到固体材料的表层可以获得良好的物理化学及电学性能半导体器件金属材料改性和生产都应用了我国现拥有各类离子注入机100多台其中我国自己累计生产出140多台离子注入机能量为150KeV~600KeV1KeV=1×103eV流强为0.5mA到十几mA
1.2 低能加速器在农业中的应用
作为核技术应用装备的加速器在农业上的应用在一些国家普遍使用已有明显经济效益的主要有三方面
1)辐照育种
加速器在辐照育种中的应用主要是利用它产生的高能电子X射线快中子或质子照射作物的种子芽胚胎或谷物花粉等改变农作物的遗传特性使它们沿优化方向发展通过辐射诱变选育良种在提高产量改进品质缩短生长期增强抗逆性等方面起了显著作用马铃薯小麦水稻棉花大豆等作物经过辐照育种后可具有高产早熟矮杆及抗等优点
2)辐照保鲜
辐照保鲜是继热处理脱水冷藏化学加工等传统的保鲜方法之后发展起来的一种新保鲜技术例如对马铃薯大蒜洋葱等经过辐照处理可抑制其发芽延长贮存期对干鲜水果蘑菇香肠等经过处理可延长供应期和货架期
3)辐照杀虫灭菌
在农产品食品等杀虫灭菌普遍使用化学熏蒸法由于使用溴甲烷环氧乙烷等化学熏蒸法引起的残留毒性破坏大气臭氧层等原因根据到2005年要在全球范围内禁止使用溴因而利用加速器进行农产品食品等辐照杀虫灭菌得以迅速发展利用加速器产生的高能电子或X射线可以杀死农产品食品中的寄生虫和致病菌这不仅可减少食品因腐败和虫害造成的损失而且可提高食品的卫生档次和附加值随着科学技术的进步人民生活和质量的提高人们对医疗卫生条件提出了更高的要求而加速器在医疗卫生中的应用促进了医学的发展和人类寿命的延长加速器在医疗卫生方面的应用主要有三个方面即放射治疗医用同位素生产以及医疗器械医疗用品和药品的消毒
1) 放射治疗
用于放射治疗简称放疗的是当今世界范围内在加速器的各种应用领域中数量最大技术最为成熟的一种
用于放疗的加速器由50年代的感应加速器到60年代发展了医用电子回旋加速器进入70年代医用电子直线加速器逐步占据了主导地位世界上约有3000多台医用电子装备在世界各地的医院里
除了应用加速器产生的电子线X射线进行放疗外还可应用加速器进行质子放疗中子放疗重离子放疗和π介子放疗等这些治癌方法还处在实验阶段实验的结果表明疗效显着但这些加速器比电子直线加速器能量高得多结构复杂得多价格昂贵得多尚未普及
利用电子直线加速器开展立体定向放疗俗称X刀发展的新的放疗技术这种技术与常规放疗相比可多保护15%~20%的正常组织而肿瘤增加20%~40%的剂量可更有效地杀灭癌细胞从而增加放疗疗效
60年代我国医院装备了医用感应加速器70年代中期医用电子直线加速器开始装备我国各地医院截止到2000年初我国已拥有各种能量的医用加速器约530台其中国产医用加速器约250台进口医用加速器约300台现代核医学[8]广泛使用放射性同位素诊断疾病和治疗肿瘤已确定为临床应用的约80种同位素其中有2/3是由加速器生产的尤其是缺中子短寿命同位素只能由加速器生产这些短寿命同位素主要应用在以下方面
a正电子与单光子发射计算机断层扫描PET与SPECT
PET是由病人先吸入或预先注射半衰期极短的发射正电子的通过环形安置的探测器从各个角度检测这些放射性核素发射正电子及湮灭时发射的光子由计算机处理后重建出切面组织的图像而这些短寿命的放射性核素是由小回旋加速器制备的最短的半衰期核素如15O仅为123秒一般为几分钟到1小时左右所以这种加速器一般装备在使用PET的医院里生产PET专用短寿命的放射性核素的小回旋加速器吸引了众多的加速器生产厂开发研制国外几个加速器生产厂家生产的小回旋加速器已达到几十台
利用放射性核素进行闪烁扫描或利用γ照相获取图像的方法可以诊断肿瘤检查人体脏器和研究它们的生理生化功能和代谢状况获取动态资料例如201Tl用于心肌检查对早期发现冠心病和心肌梗塞的定位等是最灵敏的检查手段而这些放射性核素绝大部分也是由加速器生产的利用加速器对医用器械医用物品等的灭菌消毒是加速器在医疗卫生方面应用的一个有广阔前途的方向与前面介绍加速器在食品中的杀虫灭菌道理一样可取代应用的高温消毒化学消毒等方法但灭菌需要的射线剂量要大于杀虫所需的剂量
粒子加速器particle accelerator是用人工方法产生高速带电粒子的装置日常生活中常见的粒子加速器有用於电视的阴极射线管及X光管等设施是探索原子核和粒子的性质内部结构和相互作用的重要工具在工农业生产科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应用自E.1919年用天然放射性元素放射出来的a射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后物理学家就认识到要想认识原子核必须用高速粒子来变革原子核天然放射性提供的粒子能量有限只有几兆电子伏特MeV天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高但是粒子流极为微弱例如能量为10^14电子伏特 eV 的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个而且无法支配宇宙射线中粒子的种类数量和能量难于开展研究工作因此为了开展有预期目标的实验研究几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器性能不断提高在生活中电视和X光设施等都是小型的粒子加速器
应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律促使原子核物理学迅速发展成熟起来,从而建立近20多年来加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域在诸如材料科学表面物理分子生物学光化学等其它科技领域都有着重要应用在工农医各个领域中加速器广泛用于同位素生产肿瘤诊断与治疗射线消毒无损探伤高分子辐照聚合材料辐照改性离子注入离子束微量分析以及空间辐射模拟核爆炸模拟等方面迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的小型加速器
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