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正负电子对撞机
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展品简介

   物质世界是由什么组成的?通过什么方式可以去探测到那些从未发现的粒子?而哪些构成物质的最基本粒子它们是以怎样的方式相互影响,相互作用的呢?这都是现代科学需要探寻和解决的问题。而正负电子对撞机就是研究这些现象的利器。它是一个可以使正负电子产生对撞的设备,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。

  北京正负电子对撞机建成和高效运行,使得我国在高能物理实验研究领域取得了一系列国际领先的研究成果,而中国高能物理研究所也跻身于世界八大高能物理研究中心之一。使观众通过展项了解电子对撞机的在科学探索上的重要作用以及我国在这方面取得的重要成就。使观众了解到从古至今,人类从未停止对看不见的微观世界的探索,不懈追寻构成整个世界的最小颗粒正是这种探索的集中体现,引发观众对世界的探索的热情和好奇。

  该展项包含三个部分,直线加速器、环形加速器、以及北京正负电子对撞机模型。

  直线加速器通常是指利用高频电磁场进行加速,同时被加速粒子的运动轨迹为直线的加速器。直线加速器可以作为环形加速器的前端系统,即先加速粒子到一定能量然后再注入到储存环里面,等储存环中粒子团足够大时再一次性引出做物理对撞实验或者同步辐射模式实现出射光束性能最佳。直线加速器也可以单独用来实现粒子加速。直线加速器一般分为几大关键系统:

  1、电子枪系统——发射出待加速的自由电子团。是整个粒子加速器的源。类似机枪打出子弹,我们把打出电子的装置叫做电子枪(Gun)。例如有热阴极电子枪、光阴极微波电子枪以及瑞士PSI在研究的新型并行自放大方式的阴极电子枪等。

  2、加速腔以及真空系统——带电粒子要在真空管道中运行。

  3、功率源和功率传输系统——前面提到粒子要在通着微波的加速腔内被加速。速调管是最常用的高功率微波放大装置,被放大的微波经波导和各种微波器件传输后馈入到加速腔中用来加速带电粒子。此外还有一些其他的小系统,都非常重要。

  环形加速器中粒子按照环形运动,加速器中磁铁的磁场多由通上电流的线圈产生,其工作原理是粒子在储存环里一圈一圈的转,但每转一圈就经过一次高频腔(相当于一个微波谐振腔),控制腔内电磁场使每次粒子到达时都恰好为前向轴向电场,这样粒子就相当于每次经过高频腔就被向前“踢”了一脚,也即被电场加速了一下。通过展品能够展示此种粒子加速器的工作原理。

  北京正负电子对撞机模型包含:直线加速器隧道、储存环及运输线隧道、北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等部分。并且通过灯带展示出来粒子的运动路径。当观众按下操作按钮,加速器中LED灯先由慢到快的逐渐亮起,表明粒子在做加速运动。当此储存环中的粒子也进行加速,并在同一点相撞,展示可能产生出各种各样的粒子。这样使观众对加速器产生直观的认识。

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