天山山脈

[拼音]：zhonglizi jiasuqi

[英文]：heavy ion accelerator

提供一定能量，一定強度的重離子(A>4的離子)束的裝置。重離子加速器的加速原理和結構基本上與質子加速器相同。但是，對於加速器來說，重離子與質子等輕離子的最大差別是它們的荷質比(Q/A)不同，這裡Q是離子的電荷態，A是它的原子質量數。一般，重離子的荷質比遠小於1(質子的荷質比＝1)。為了討論方便，常用單核能En代替粒子的動能E

En＝E/A，

對直線形加速器來說，引出束流的單核能

V為加速電壓。而對圓形加速器，則有

這裡k正比於(B ρ)2，(B ρ)為磁剛度。

由上述公式可以看出，如果要獲得與質子相同的單核能的重離子束，要麼增加磁場或圓形加速器的尺寸，要麼增加加速電壓，這樣就要大幅度地提高加速器的造價，並且以後的日常執行費用也是相當昂貴的。為了降低造價，提高(Q/A)值是較好的辦法。

在重離子加速器中，有兩種提高荷質比Q/A的方法。

提高重離子源的電荷態。一個理想的重離子源應能提供強度大，壽命長，電荷態高的不同離子的束流，一般用電子轟擊原子和等離子體中的離子，或者用快速離子剝離方法得到高電荷態離子流。電子轟擊源的通量密度要求很大，目前重離子加速器使用的重離子源是PIG源和雙等離子體源。由PIG重離子源引出幾種典型重離子流的電荷態分佈如下表。

利用電荷交換（即原子的剝離）剝離離子的外層電子。常用的剝離器有固體（如碳膜）和氣體兩種，剝離外層電子後的離子平均電荷態坴 與電荷態的分佈主要由粒子的入射能量決定，一般的說，能量愈高，平均電荷態愈高。固體剝離器的剝離效率高於氣體剝離器，但剝離後的離子的角散和能散較大。

這兩種提高（Q/A） 的途徑現正廣泛地應用在重離子加速器中，特別是後者。因為剝離後的平均電荷態由入射能量決定，所以重離子加速器一般採用組合方式，即把兩臺或兩臺以上加速器串聯起來，中間置一剝離器。稱前級加速器為注入器，後級加速器為主加速器。重離子源安置在注入器內，或者在外部將重離子注入到注入器，離子經注入器加速後，達到一定能量，通過剝離器，將離子剝離成高電荷態的重離子。而後，進入主加速器加速，獲得較高引出能量的重離子。

在各類重離子加速器中，靜電加速器的特點是直流工作，能提供斑點小，能量精度高的各種重離子束流。

直線加速器束流強度大，粒子種類很少限制，因此第一臺能加速週期表上全部元素的離子的全離子加速器就是直線型的加速器，這類加速器也是高能重離子裝置中主加速器──同步加速器的理想的注入器。但離子在加速器的加速結構中只能一次加速，不能反覆加速，電效率較低。目前，很多實驗室正致力於更有效的直線加速器的研究。在高頻功率方面，迴旋加速器是很經濟的，因為離子只需反覆通過同一加速結構就能不斷地增加能量，它的最大費用是由磁鐵的尺寸決定。當要求離子能量高，種類和能量可變時，由於相對論質量增加所引起的磁場變化就需要相當精湛的磁場成形技術。

同步加速器在高頻和磁鐵建造方面是比較經濟的。是獲得高能重離子的理想的加速器。

超導加速器用作重離子加速器，由於它在經濟上和技術上的巨大優越性，近年來得到廣泛的重視。它可以在很低的微波功率下產生高加速電場，或者在很低的激磁功率下產生高的約束磁場。這些都將減小加速器尺寸，降低功率消耗和執行費用，是一種很有前途的重離子加速器。

現在世界上多數新建和改建的重離子加速器是等時性迴旋加速器（即扇形聚焦迴旋加速器）。其次是串列靜電加速器。為了得到較高能量，很多新建的裝置採用兩臺或兩臺以上加速器串聯起來。構成重離子加速器系統，一些是串列靜電加速器注入到迴旋加速器或直線加速器，另一些是兩臺迴旋加速器串聯。

為了把束流從注入器傳輸到主加速器，需要有一個束流輸運系統，對注入器引出束流進行適當的形狀變換以適合主加速器對束流的要求。此外為減少由於電荷交換而引起的離子損失，對加速器和束流輸運系統要求有較高的直空度，一般在1×10-7Torr左右。在輸運線上應該有電荷分析裝置。

重離子加速器的結構決定了它的除錯和執行是比較複雜的，一般都應配備一個自動控制系統來控制除錯和執行，當然，在加速器內和在輸運線上的束流診斷裝置是必不可少的。