静电加速器

用静电高压加速带电粒子的装置

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历史版本

静电加速器是利用静电高压加速带电粒子的装置。可用以加速电子或质子。1931年R.J.范德格拉夫首先研制成功，称范德格拉夫起电机。它是通过输电带将喷电针电晕放电的电荷输送到一个绝缘的空心金属电极内，使之充电至高电压用以加速带电粒子。加速器加速粒子的能量受到所使用绝缘材料击穿电压的限制。为了提高静电加速器的工作电压和束流强度，近代静电加速器安置在钢筒内，钢筒内充有绝缘性能良好的高压气体，以提高静电高压发生器的耐压强度，加速粒子能量可达14兆电子伏特（MeV）。静电加速器属于低能加速器，主要作各种技术应用。

概述

以静电型高压发生器作为高压电源的加速器。按照加速粒子的不同，它可分为正离子静电加速器（简称质子静电加速器）和电子静电加速器两类。在这些静电型高压发生器中，用得最多的是1931年R.J.范德格喇夫首次研制成的那种类型。采用这种高压发生器的静电加速器称为范德格喇夫加速器，有时也称为范德格喇夫起电机。

早期的范德格喇夫静电高压发生器是动带式的，它的基本工作原理如图1所示。金属薄壁的高压电极由绝缘支柱支撑着。绝缘材料制成的输电带在两个转轴间不停地运动。喷电针排连接在喷电电源（电压为数十千伏的直流高压电源）上，通过针尖在气体中的电晕放电，使周围与针尖极性相同的离子在电场作用下从针尖喷向输电带，使输电带充电。随着输电带的运动，带上的电荷进入高压电极。极内刮电针排同高压电极相连和输电带之间所形成的电场，同样使气体电晕放电，从而使电荷转移到高压电极上去。随着不停传送电荷，高压电极的电压很快地升高。假设高压电极对地的电容是C,当它上面积累的电荷是Q时，它对地的电压可由

来决定。这关系式对时间微分后得静电加速器

式中Ia是有效充电电流，它等于输电带送到高压电极的电流(输电电流)减去通过各种途径从高压电极漏去的电流（泄漏电流）。当电压上升到某值时，泄漏电流恰好等于输电电流，即

,此值即为此高压发生器的平衡电压。这种高压发生器，要改变电压极性是很方便的，只要改变喷电电源极性即可实现。如电子静电加速器高压所需的极性同图1所示正好相反。