電子對撞機

（又稱電子－正電子對撞機）是一個使正負電子產生對撞的設備，它將各種粒子（如質子、電子等）加速到極高的能量，然後使粒子轟擊一固定靶。通過研究高能粒子與靶中粒子碰撞時產生的各種反應研究其反應的性質，發現新粒子、新現象。用加速器的粒子轟擊靜止的靶，就像在一起交通事故中的一輛汽車撞到一輛停在路邊的汽車上，撞車的能量很大一部分要消耗到使停在路邊的汽車向前衝上，碰撞的威力就不夠大。如果使兩輛相向開行的高速汽車對頭相撞，碰撞的威力就大許多倍。基於這種想法，科學家們在70年代初研製成功了對撞機。目前世界上已建成或正在興建的對撞機有10多台。

基本介紹

• 中文名：電子對撞機
• 別稱：電子－正電子對撞機
• 套用：材料科學、地球科學、化學化工
• 作用：將各種粒子加速到極高的能量

作用

對撞機又作為同步輻射裝置，在凝聚態物理、材料科學、地球科學、化學化工、環境科學、生物醫學、微電子技術、微機械技術和考古等套用研究領域取得了一大批驕人的成果。利用同步輻射光對高溫超導材料進行的深入研究；對世界上最大尺寸的碳60晶體以及在0.1-0.3微米X射線光刻技術的研究均取得重要突破；在微機械技術方面，製成了直徑僅4毫米超微電機，這種電機將能在醫療、生物和科研等方面有獨特的用途。

工作原理

正負電子在對撞機里相向高速迴旋、對撞，探測對撞產生的“碎片”——次級粒子並加以研究，就能了解物質微觀結構的許多奧秘。雖然我們還不能預言這些研究結果將會有什麼樣的實際套用，但可以相信，微觀奧秘的揭示一定會對人類的生活產生深遠的影響，就象電磁波的發現已成為資訊時代的先導、對原子核的研究導致了核能的廣泛套用那樣。而利用電子在對撞機里偏轉時發生的一種光輻射——同步輻射，又可以把對分子和原子的研究，由靜態的和結構性的開拓到動態的和功能性的。

但是，由於電子迴旋時引起的同步輻射損失，使這種對撞機能量的進一步提高發生了困難，因為同步輻射功率與電子的能量二次方成正比，且與迴旋半徑的平方成反比，為了減少輻射損失，一般高能量的電子對撞機均採用大半徑方案，即採用只有幾千高斯的低磁場來控制電子的運動，即使如此，目前電子對撞機的最高能量仍然受到很大的限制，例如,10GeV的電子在曲率半徑為100m的對撞機中運動時,每圈的輻射損失約為10MeV，如果對撞機中的迴旋電流為1A，要補償這束電子流的輻射損失，就需要平均功率為10MW的高頻功率。假如正電子流也為1A，則總的平均功率為20MW，由此可見，對撞機中高加速頻系統的功率絕大部分是用來補償這一同步輻射損失的。

輻射特性雖然給電子能量的進一步提高帶來了困難，但也有一定的好處，這是因為電子或正電子注入對撞機後，由於電子的輻射損失，使電子截面受到強烈的壓縮，電子很快集中到一個很小的區域中，其餘的空間可以用來容納再一次注入的電子，這樣使積累過程簡化，而且允許採用較低能量的注入器，通常採用直線加速器，也有採用電子同步加速器的。

這種對撞機中所需的正電子是由能量為幾十兆電子伏以上的電子打靶後產生的，為了得到儘可能強的正電子束，往往需要建造一台低能量的強流電子直線加速器。另外產生出來的正電子束尚需再度注入到注入器中，與電子一起加速到必要的能量，再注入到對撞機中去。由於正電子束的強度只及電子束的千分之一到萬分之一，所以需要幾分甚至幾十分鐘的積累，才能達到足夠的強度。

北京正負電子對撞機的外型，象一隻碩大的羽毛球拍。圓形的球拍是周長240米的儲存環，球拍的把柄就是全長202米的行波直線加速器。

由電子槍產生的電子，和電子打靶產生的正電子，在加速器里加速到15億電子伏特，輸入到儲存環。正負電子在儲存環里，可以22億電子伏即接近光的速度相向運動、迴旋、加速，並以每秒125萬次不間斷地進行對撞。而每秒有價值的對撞只有幾次。有著數萬個數據通道的北京譜儀，猶如幾萬隻眼睛，實時觀測對撞產生的次級粒子，所有數據自行傳輸到計算機中。科學家通過這些數據的處理和分析，進一步認識粒子的性質，從而揭示微觀世界的奧秘。

研究未有窮期。為探索物質奧秘並造福人類，我國科學家將在不斷認識微觀世界的跋涉中繼續奮進。