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🗣 Wd提问: 电子感应加速器

🤖 Ai回答: 电子感应加速器（Electron Induction Accelerator），又称电子感应回旋加速器或贝他加速器（betatron），是一种利用交变磁场激发的涡旋电场来加速电子的装置。

基本原理
其工作原理基于法拉第电磁感应定律。当电磁铁线圈通以交变电流时，两磁极间的磁场会周期性变化。这个变化的磁场在环形真空室内激发一个涡旋（感生）电场。电子从电子枪注入真空室后，在这个感生电场的作用下被加速。同时，真空室所在位置的磁场对运动的电子产生洛伦兹力，使其在圆形轨道上做回旋运动。为了使电子在加速过程中能稳定地保持在固定半径的轨道上，必须满足“2比1条件”，即轨道所包围面积内的平均磁感应强度必须是轨道处磁感应强度的两倍。

核心结构
* 电磁铁：产生变化的磁场。
* 环形真空室：电子运行的轨道，内部保持高真空。
* 电子枪：将电子注入真空室。

工作过程
电磁铁通常通以正弦交变电流。在一个周期内，只有当磁场的磁感应强度增大时，产生的感生电场才能对电子进行加速。根据楞次定律和右手定则，可以推断出，在磁场垂直纸面向外并增大的情况下（例如正弦波的0到T/4周期），产生的感生电场方向是顺时针的。为了使电子沿逆时针方向被加速，电子所受的电场力方向必须与运动方向一致，这要求感生电场方向为顺时针。因此，有效加速主要发生在交变电流的第一个四分之一周期（0-T/4）和第四个四分之一周期（3T/4-T）内，此时磁场都在增大。

发展与性能
* 提出：由J.斯莱皮恩于1932年提出理论基础。
* 建成：1940年，D.W.克斯特解决了轨道稳定问题，建成了首台可将电子加速至2.3MeV的实用机型。
* 能量范围：全球多数工作机型能量分布在20-30MeV范围内，最高工作能量可达约300MeV。
* 中国发展：中国已自主研发出能量达25MeV的电子感应加速器。

特点与应用
* 特点：结构相对简洁，运行稳定。
* 应用：
* 工业：γ射线探伤。
* 医疗：癌症放射治疗。
* 科研：核反应研究、放射摄影术（betatron radiography）。

与感应直线加速器的区别
需要注意的是，“电子感应加速器”特指环形的betatron。而“感应直线加速器”（Induction Linear Accelerator）是一种直线型装置，它利用脉冲电源在加速腔中产生感应电场来加速电子，常用于产生强流电子束，应用于闪光X光照相、粒子束聚变等领域，如中国的“神龙一号”、“神龙二号”加速器。

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提问时间: 2025-09-07 21:14:50

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