27章:地球科学家的虚拟玩具对撞机 (第2/3页)
也就中止了。束流的寿命一般可达几小时或几十小时，所以作为注入器的高能加器只有在积累过程中才把粒子束流提供给对撞机，而在对撞的过程中，还可供轰击静止靶的物理实验用。为了增加对撞的几率（即提高对撞机的亮度）,7o年代初期,出现了在对撞区中插入一种特殊的称为低包络插入节的聚焦结构，使束流在对撞点的横截面受到强烈的压缩，从而使对撞点的束流密度大大增加。由于采用了这种结构，使7o年代建造的对撞机的亮度比以前提高了一两个数量级。另外，为了尽可能的延长束流的寿命，对撞机环内的真空度平均不得低于1o－8～1o－9torr,尤其是在对撞区附近。为了减少物理实验的本底，即为了保证使束流与束流生对撞的几率大大过束流与残余气体相撞的几率，真空度应维持在1o－1o～1o－11torr左右。所以大体积高真空这一技术也随着对撞机的展而展起来了。
对撞机的主要类型
电子－正电子对撞机1、电子－正电子对撞机又称正负电子对撞机，由于正负电子的电荷相反，所以这种对撞机只要建立一个环就可以了。相应的造价就比较低，目前世界上已建成的对撞机大部分是属于这一类的。
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，目前电子对撞机的最高能量仍然受到很大的限制，例如,1ogev的电子在曲率半径为1oom的对撞机中运动时,每圈的辐射损失约为1omev，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1om的高频功率。假如正电子流也为1a，则总的平均功率为2om，由此可见，对撞机中高加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，通常采用直线加器，也有采用电子同步加器的。
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。
2、质子－质子对撞机这种对撞机需要建造两个环,分别储存两束相反方向回旋的质子束，才能实行质子与质子的对撞。由于质子作回旋运动时，其同步辐射要比电子小得多，在目前质子达到的能量范围内，可以略去不计，因此为缩小这类对撞机的规模,尽量采用强磁场,这就需要采用导磁体。另外，质子束的积累也不如电子对撞机那样方便，它必须依靠动量空间的积累来实现。为此，必须先在高能同步加器中，将质子加到高能（一般为几十吉电子伏），依靠绝热压缩，将质子束的动量散度压缩上百倍，再注入到对撞机中去进行积累，质子对撞机中的高频加系统主要是用来进行动量空间的积累及积累完毕后的进一步加，因此所需要的高频功率也比电子对撞机小得多。由于上述原因，质子－质子对撞机的规模要比电子－正电子对撞机大，投资也较高。
3、质子－反质子对撞机质子与反质子的质量相同，电荷相反，也只需要造一个环就能进行对撞。这种对撞机展得较晚，主要原因在于由高能质子束打靶产生的反质子束强度既弱，性能又差，无法积累到足够的强度与质子对撞。7o年代后期，“冷却”技术的成功，给予这种对撞机巨大的生命力(见加器技术和原理的展)。
由于冷却技术的成功，使得现有的高能质子同步加器，只要它的磁铁性能及真空度够好的话，均有可能可以改成质子－反质子对撞机。今后再建的高能质子同步加器，均考虑了同时进行质子－反质子对撞的可能，由此可见，这一技术成功的意义是何等重要。
实现质子－反质子对撞虽然比质子－质子对撞能节省一个大环，但也有一定的弱点，主要是由于尽管经过冷却及积累,反质子的强度仍然比质子的低得多,这样使得质子－反质子对撞机的亮度比质子－质子对撞机低得多，前者最大为1o29～1o3onetetbsp;4、电子－质子对撞机这种对撞机的主要困难在于电子束的横截面很小，线度约为几分之一毫米，而质子的横截面较大,线度约为一厘米左右。前者束流较密集,后者较疏松，两者相撞时作用几率很小，目前正在研究中，实现这种对撞需建立两个环，一个是低磁场的常规磁铁环,以储存及加电子；另一个是高场的导磁体环,以储存并加质子，两个环
（本章未完，请点击下一页继续阅读）