粒子加速器的发展历史

直线加速器

医科达电子直线加速器技术参数 1、双模式的数字化加速器，提供宽范围的X线和电子线能量，充分满足放射治疗外照射的临床需要。 2、射线束能量：多能量可定制性：多至2档X射线能量(4~18 MV)和6档电子线能量(4~20 MeV) 3、主机性能及配置： （1）独特设计的滚筒式机架：高度可靠性和稳定性，开放的机架结构，便于维修，最低的等中心高度（124cm），最大的等中心到治疗头的净空间距离45cm。 （2）高效能的行波加速管：行波加速管二十年无条件保用，允许较低的电压梯度，对行波加速管的真空要求低，使电子枪等部件可快速拆卸并易于更换。 （3）大功率FasTraQ磁控管：专门的紧凑型微波功率源，5MW功率输出，具有快速调谐的能力，快速的束流切换特性<0.1秒，提供24个月的保用期。 （4）滑雪式偏转系统：完全的消色散系统，并维持射束的对称性，伺服控制的三极磁偏转系统，精确的靶点聚焦，极佳的半影。 （5）可单独拆卸更换灯丝的电子枪：电子枪伺服系统反应快速，确保束流能量的精度。（6）六通道开放式结构的电离室：最新型超薄壁陶瓷材料电离室，自动校正KTP（温度、湿度、气压），监测射线的剂量、对称性和平坦度，具有长期的高灵敏和高稳定性，适合精确的伺服控制射线束流，重复精度：+/-0.5%，线性精度：+/-1%，2-10MU时的线性精度对保证IMRT的放疗精度尤其重要，旋转（运动束流）投照时的稳定性：±1%，分辨率：0.1MU。（7）运动系统：用于操纵治疗头、机架及病人床的运动，手控盒可操纵加速器的所有动作，治疗头上有四个控制钮，可操纵治疗头的所有运动，治疗床两边各有一个控制板，可操纵床的所有运动，所有运动都是无线调速。 （8）安全连锁系统：通过硬件限位和软件防碰撞二种方式，确保病人和操作人员的安全。（9）真空系统：维持加速管和电子枪的真空状态，在加速器中有效使用离子泵，有助于减少能源消耗，保护环境，并维持高的开机率。 （10）水冷系统（内循环）：保证加速器的频率稳定，进而保证能量的稳定，用于加速器的热交换。 4、控制系统：全新的第三代全集成、全数字控制系统，确保更为平顺的流程工作方式，有效地提高治疗病人的周转率，基于Windows平台的图形用户界面，易学习和使用，模块化软件结构，配置安装各种功能模块，满足不同的临床治疗模式的需要；便利的系统可升级能力。将来可方便实现加速器的性能升级和功能扩展；兼容IMPAC放疗管理系统和第三方的记录验证系统；所有的Precise数字化加速器都可以远程连接。远程维修功能根据维修合同的协议用软件激活。 5、LCS控制柜硬件Mk3i包含：控制处理单元，英特尔中央处理器，RMX实时多任务并行处理操作系统，MLC视频处理板，显示处理单元，Windows XP操作系统，2块SCSI接口的高速硬盘，四端口XVGA图形处理卡，5端口USB PCI适配卡，DVD-R/W驱动器，3.5”软盘驱动器，LCD照射剂量显示板，操作键盘、鼠标，不间断电源，21”液晶监视器。 6、软件许可证Desktop Pro R7.01：所有加速器配置中的核心必配的软件模块。 （1）快速治疗模式：可以快速治疗临时病人，或实施无需预处方的姑息性治疗。 （2）旋转治疗模式：光子线和电子线的旋转治疗，可顺时针和逆时针旋转。 （3）自动摆位：根据病人摆位参数，实现加速器的自动摆位功能。 （4）内置的维修模式：用于系统校准和在屏幕显示故障分析，例如：快速出束；备份校准文件；帮助调节机器参数；病人的MLC（所有功能）数据库的数据备份/复原；注销机器参数的显示项目；允许临床使用超载的机器参数；禁止临床使用存储的射束数据投照；选择机器状态，配置显示监视项目；显示维修页面，编辑机器的参数项目部分。维修模式下的DICOM

加速器的百年历程-ChinaXiv

加速器的百年历程 朱雄伟 中国科学院高能物理研究所 【摘要】本文分析讨论了加速器的百年历史， 从思想的萌芽、理论的突破与准备、技术的准备与储存、实验的成功、加速器的未来与展望等几个方面进行了论述。 关键词： 加速器， 电子， 质子， 重离子。 1. 思想的萌芽 加速器的历史可以追溯到上世纪二十年代【1,2】， 带电粒子加速这一思想与概念来自于原子散射， 加速器科学与技术历经百年沧桑。 大约1918年， 英国卢瑟福实验室的 Rutherford 运用氘氚粒子轰击原子核， 从而研究原子结构， 他需要有更高能量的带电粒子去产生原子反应。 这是加速带电粒子的最早的思想萌芽。 从那时起， 诞生了一门学科， 这就是加速器学科。 十九世纪麦克斯韦高度、系统总结了电磁理论，麦克斯韦方程组成为电磁理论的基础， 电磁场的源头就是带电粒子。 而带电粒子在电磁场中感受到洛伦兹力的作用， 所以很自然的， 人们想到用电磁场来加速带电粒子。 这就是加速器的思想萌芽。 图一、粒子加速器的 Livingston 图 从上世纪二十年代至今已达百年， 如今加速器在全世界范围内广泛存在。 高能加速器从最初的桌面实验装置发展为大型的科学工程， 占地面积高达上千平方公里。 各种加速器思想相互碰撞有力地推动了加速器科学的发展。 图一为最近的高能加速器的 Livingston 图表。 2. 理论的突破、准备 带电粒子的加速依赖于电磁场，带电粒子在电磁场中感受到洛仑兹 c h i n a X i v :201807.00040v 1

F =q(E +V ×B)。 因此带电粒子能量的改变为 dW dt =qE ?V ， 所以带电粒子与电场有能量交换，而与磁场没有能量交换。由麦克斯韦方程可知, 加速器最终运用电场来直接加速带电粒子， 静电场与射频电场都能用来加速带电粒子， 这对应于静电加速器与射频加速器。静电加速器属于早期的加速器，而现代加速器基本属于射频加速器， 我们只讨论射频加速器。电磁场满足基本的麦克斯韦方程。各种加速结构中电磁场属于闭合场理论。 目前常用或研究的加速结构有金属结构、介质结构、等离子体腔体。 电磁波的一个主要特性是它的色散关系，电磁波的色散关系是它的频率和波数之间的函数关系f (ω,k )=0， 电磁波的相速 v p =ωk ， 群速 v g =dωdk 。相速大于光速的电磁波属于快波，而相速小于光速的电磁波属于慢波。加速结构中电磁波的色散关系。 考虑一个带电粒子在电磁场中运动 （ v =βc ）， 而电磁场由麦克斯韦方程所描述，如果 （1）忽略运动电荷的辐射， P rad ≈0。 （2）带电粒子以近光速运动， β≈1。 （3）带电粒子运动区域没有其他自由电荷， q =0。 （4）带电粒子以近似直线运动， 没有其他的静电场、静磁场E static =0,B static =0。 （5）带电粒子运动介质没有折射率， N =1。 （6）带电粒子在远场区域运动， 远离其他场源， r/λ?1。 那么粒子没有获得加速。这就是普遍的加速定理。由以上普遍的加速定理， 可以演化出各种加速方法以及相应的加速器。 从最早的静电加速器到现代的共振加速器， 加速器的种类有静电加速器、回旋加速器、射频直线加速器、感应加速器、同步加速器、对撞机。 静电加速器由于高压技术的限制， 难以向高能方向发展。 回旋加速器属于弱聚焦加速器， 也难以向高能发展。 稳相原理、强聚焦原理的出现 ， 使得射频直线加速器、同步加速器应运而生。 稳相原理使得粒子束团在相稳区振荡运动从而被捕获在相稳区。 强聚焦原理使得束团的横向捕获聚焦得以实现， 解决了设备庞大的问题。 不需要大型的磁铁技术。 3. 技术的准备与储存 加速器的发展伴随着技术的进步， 现代加速器集众多的高技术于一体。 笔者认为电磁波的开发极大推动了人类物质文明与精神文明的进步。 静场属于频率为零的电磁波。 加速器是一门主要研究带电粒子与电磁场的相互作用的学问。 人类已经开发的电磁波波谱从千米波到伽马射线【3】。 太赫兹波段在电磁波谱中占有特殊地位，太赫兹波段处于微波与红外光之间。 无论是经典力学向短波长逼近， 还是量子力学向长波长逼近， 在太赫兹尺度都遇到了困难， 笔者认为在太赫兹尺度可能需要诞生一门新的力学， 进而研究太赫兹波段的物理现象。 至今太赫兹波段的物理现象我们主要采用经典力学来分析解决问题。 加速器技术主要涉及高频技术、磁铁技术、电源技术、真空技术、束流测量技术、控制技术。 4. 实验的成功 加速器是一门实验科学， 强调的是 hands on 经验。 加速器理论的成功与否c h i n a X i v :201807.00040v 1

物理学发展简史

物理学发展简史 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

一、古典物理学与近代物理学： 1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学，以巨观的角度研究物理，可分为 力学、热学、光学、电磁学等主要分支。 2、近代物理学：廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学， 以微观的角度研究物理，量子力学与相对论为近代物理的两大基石。

一、古典物理学对人类生活的影响： 1、力学：简单机械(杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈) …… 2、光学： (一)反射原理： (1)平面镜：镜子…… (2)凹面镜：手电筒、车灯、探照灯…… (3)凸面镜：路口、商店监视镜…… (二)折射原理： (1)凸透镜：放大镜、显微镜、相机…… (2)凹透镜：眼镜、相机…… 3、热学：蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷(暖)气机…… 4、电学： (一)利用电能运作：一般电器用品，如：电视机、冰箱、洗衣机…… (二)利用电磁感应：发电机、变压器…… (三)利用电磁波原理：无线通讯、雷达…… 二、近代物理学对人类生活的影响： 1、半导体： (一)半导体：导电性介于导体和绝缘体间之一种材料，可分为元素半导体(如：硅、锗等)和 化合物半导体(如：砷化镓等)两种。 (二)用途： (1)半导体制成晶体管，体积小、耗电量少，具有放大电流讯号功能。 (2)半导体制成二极管具整流能力。 (3)集成电路(IC)： (A)1958年发展出「集成电路」技术，系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容 纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术，而此电路即称为 集成电路。 (B)IC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。 (C)IC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。 (4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯，故俗称第二次工业革命。 2、雷射： (一)原理：利用爱因斯坦「原子受激放射」理论，诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁 并放射同频率之光子，藉以将光加以增强。 (二)特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。 (三)应用：

粒子发展史

基本粒子发现年表 ----------------------------------------------------------------------- 1.1833年，法拉第（Michael Faraday,1791-1867）提出电解定律：析出的物质质量与物质的化学当量成正比，奠定基本电量的基石，测出氢离子的e/m＝9.65x104库仑/克。 2.1897年，英国的汤姆生发现电子，阴极射线管内带负电粒子的e/m＝1.76x108库仑/克。1906年诺贝尔物理奖。 3.1900年，德国人普朗克提出量子论。于1918年诺贝尔物理奖。 4.1905年，犹太人爱因斯坦发表狭义相对论，提出光子说。1921年因“光电效应”获诺贝尔物理奖。 5.1908年，伯兰经由布朗运动的观察，证实水分子的存在。 6.1908年，英国的卢瑟福，证实α粒子即氦核，1908年诺贝尔化学奖。 7.1911年，英国的卢瑟福发现原子核。 8.1911年，密立根油滴实验，测出电子的带电量为1.6x10-19库仑。1923年诺贝尔物理奖。 9.1912年苏格兰的威尔逊(Charles Thomson Rees Wilson 1869-1959)发明云室(Cloud Chamber)，当高速的原子或原子核等粒子在云室中行进时，沿其路程所生离子使水汽凝结成小水滴，呈现粒子所经的轨迹，威尔逊因此发明获1927年诺贝尔物理奖。 10.1913年，丹麦人波尔提出原子模型。1922年诺贝尔物理奖。 11.1919年，英国的卢瑟福以α粒子撞击氮核,撞出氢核即质子，发现质子。 12.1924年，法国人德布罗意(Louis Victor de Broglie1892-?)提出物质波的理论(电子的波动性质)。1929年诺贝尔物理奖。 13.1926年，德国人海森伯和伯恩、奥地利人薛丁格，分别建立量子力学的理论体系。 14.1928年，英国人狄拉克提出相对论性量子力学，预言正电子（反粒子）的存在。1933年诺贝尔物理奖。 15.1930年，包力(Wolfgang Pauli，1900～1958)，美藉奥地利人，为了解释β衰变过程中电子能量连续分布的特性时提出了微中子假设，认为在β衰变中除了放出电子外，还同时放出一种中性粒子。1925年春，包立引入电子自旋量子数，全面阐述了他的「不兼容原理」，指出原子体系中不可能存在四个量子数都相同的两个电子。包立不兼容原理是量子力学的主

医用电子直线加速器发展历程

加速器发展历程 放疗技术的发展历程 、从国际上 1) 1895 年：伦琴发现了X 线。 2) 1896 年：用X 线治疗了第1 例晚期乳腺癌； 3) 1896 年：居里夫妇发现了镭； 4) 1913 年：研制成功了X 线管，可控制射线的质和量； 5) 1922 年：生产了深部X 线机； 6) 1923 年：首次在治疗计划中应用等剂量线分布图； 7) 1934 年：应用常规分割照射, 沿用至今； 8) 1951 年：制造了钴60 远距离治疗机和加速器，开创了高能X 线治疗深部恶性肿 瘤的新时代； 9) 1953 年：第一台行波电子直线加速器在英国使用； 10) 1957 年：在美国安装了世界上第一台直线加速器，标志着放射治疗形成了完全独立 的学科； 11) 1959 年：Takahashi 教授提出了三维适形概念； 12) 20 世纪50 年代：开始应用高能射线大面积照射霍奇金淋巴瘤, 使其成为可治愈 的疾病； 13) 20 世纪70 年代：随着计算机的应用和CT、MRI 的出现, 制造出三维治疗计划系 统和多叶光栅，实现了三维适形放疗，放射治疗学进入了从二维到三维治疗的崭新时代； 14) 20 世纪80 年代：出现了多叶光栅 (即多叶准直器)，可调节X 射线的

强度，开创了调强放射治疗( IMRT) ； 15) 最近十年，广泛开展了立体定向放射外科(SRS)、三维适形放疗 (3-dimentional conformal radio- therapy, 3D-CRT) 、调强适形放疗( intensity modulated radiotherapy, IMRT) 和图象引导放疗 ( image-guided radiotherapy, IGRT) 等新技术。

加速器发展历史

加速器发展历史 ?1919年英国科学家卢瑟福(E.Rutherford)用天然放射源中能量为几个MeV、速度为2×109厘米/秒的高速α粒子束（即氦核），轰击厚度仅为0.0004 厘米的金属箔的“靶”，实现了人类科学史上第一次人工核反应。利用靶后放置的硫化锌荧光屏测得了粒子散射的分布，发现原子核本身有结构。 ?静电加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍压加速器（1932年）等不同设想几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一批加速装置。 ?1932年美国科学家柯克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿建造成世界上第一台直流加速器——命名为柯克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器，以能量为 0.4MeV的质子束轰击锂靶，得到α粒子和氦的核反应实验。这是历史上第 一次用人工加速粒子实现的核反应，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。 ?1933年美国科学家凡德格拉夫发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——命名为凡德格拉夫静电加速器。 ?奈辛于1924年，维德罗于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器，由于受当时高频技术的限制，这种加速器只能将钾离子加速到50keV。但在此原理的启发下，美国实验物理学家劳伦斯 (https://www.wendangku.net/doc/3016909978.html,wrence)1932年建成了回旋加速器，并用它产生了人工放射性同位 素，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。 ?1945年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各自独立发现了自动稳相原理，英国科学家阿里芳特也曾建议建造基于此原理的加速器——稳相加速器。 自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命，它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生：同步回旋加速器（高频加速电场的频率随倍加速粒子能量的增加而降低，保持了粒子回旋频率与加速电场同步）、现代的质子直线加速器、同步加速器（使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹，但维持加速场的高频频率不变）等。

加速器类型

粒子加速器：particle accelerator 一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。粒子加速器有三个基本组成部分：粒子源；真空加速系统和导引、聚焦系统。粒子加速器的效能通常以粒子所能达到的能量来表征。粒子能量在100MeV以下的称为低能加速器，能量在0.1～1GeV间的称为中能加速器，能量在1GeV以上的称为高能加速器。按照被加速粒子的种类，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重粒子加速器等。按照加速电场和粒子轨道的形态，又可分为四大类：直流高压式加速器、电磁感应式加速器、直线谐振式加速器和回旋谐振式加速器。它们各自都有适于工作的粒子品种、能量范围以及性能特色。近年来，大中型的粒子加速器（如重离子加速器和高能加速器等）往往采用多种加速器的串接组合：例如由直流高压型加速器作预加速器，注入直线谐振式加速器加速至中间能量，再注入回旋谐振式加速器加速至终能量。这样的系统有利于发挥每一类加速器的效率和特色。（撰写：陈佳滠审订：关遐令） 串列加速器：tandem accelerator 利用一个高压使带电粒子获得两次加速的静电型加速器。串列加速器的直流高压通常由输电系统将电荷从低电位输送到高压电极上而形成。它的工作原理是将由负离子源产生负离子注入到加速器主体中，在高压电极的正电场的作用下，经低能段加速管被第一次加速。当负离子到达高压电极后，通过电子剥离器并被剥掉2个或多个电子，变为正离子。在高压电极作用下，正离子经高能段加速管再次被加速。图为中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器主体外貌。（撰写：秦久昌审订：关遐令） 高压倍加器：Cockcroft-Walton accelerator 利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。其倍压整流工作原理如图所示，主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。在无负载时，倍压整流线路输出的高压V随倍压级数n增加而线性增加，可表达为V-2nVa，式中Va为高压变压器T的次级绕组交流电压峰值。当有负载时，随着级数n的增加，线路的电压降和电压波动会严重增加，因此级数n不能太高。一般倍压整流器可输出直流高压从几百千伏（大气中）到兆伏级（高气压下）。高压倍加器由高压倍压整流电源，离子源（或电子枪），加速管、聚焦和传输系统，真空和控制系统组成。高压倍加器的输出功率较大，可以用作较理想的中子源，X光源少离子注入机。（撰写：秦久昌审订：关遐令） 静电加速器：electrostatic accelerator; Van de Graff accelerator 一种利用直流高压静电场对带电普子进行加速的高压型加速器。1933年美国范德格拉夫首先提出一种新的起电原理：一个圆筒形金属高压电极由几根绝缘柱支承。位于底部的电晕针排加电压后，电晕放电产生的离子（或电子），由橡胶带输送到高压电极上形成直流高压。早期静电加速器工作在大气中，由于气体击穿，限制了高压进一步升高，最高电压为6MV。后来发展为高气压型静电加速器，即把静电发生器，离子源和加速管等封在钢筒内，充以高压绝缘气体，大大地提高了电场击穿场强。静电加速器结构如图所示。静电加速器较其他加速器有如下特点：被加速离子的能量连续可调、离子的能量单一、可加速多种离子或电子、离子束聚焦良好、离子束靶点小。静电加速器是低能核物理实验的理想工具，同时还广泛应用于离子注入，材料分析、材料辐照等领域。（撰写：秦久昌审订：关遐令） 电子直线加速器：electron linac; electron linear accelerator 利用射频电场来加速电子的直线轨道加速器，由电子枪、加速管、射频功率源、射频传输、真空、冷却水、束流引出和控制等系统组成。迄今全世界已有数千台电子直线加速器用于放射治疗、无损探测、辐照加工和科学研究诸多领域。电子能量从几兆电子伏到几十吉电子伏，长度从几十厘米到几千米。现有的大部分电子直线加速器都工作在S波段，目前正在研制X波段加速结构。这种新结

物理学发展简史

物理学发展简史 摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展 0 引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 1 古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 2 近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。

物理学发展史

物理学发展史 公元1638年，意大利科学家伽利略的《两种新科学》一书出版，书内载有斜面实验的详细描述。伽利略的动力学研究与1609～1618年间德国科学家开普勒根据天文观测总结所得开 普勒三定律，同为牛顿力学的基础。 公元1643年，意大利科学家托利拆利作大气压实验，发明水银气压计。 公元1646年，法国科学家帕斯卡实验验证大气压的存在。 公元1654年，德国科学家格里开发明抽气泵，获得真空。 公元1662年，英国科学家波义耳实验发现波义耳定律。十四年后，法国科学家马里奥 特也独立的发现此定律。 公元1663年，格里开作马德堡半球实验。 公元1666年，英国科学家牛顿用三棱镜作色散实验。 公元1669年，巴塞林那斯发现光经过方解石有双折射的现象。 公元1675年，牛顿作牛顿环实验，这是一种光的干涉现象，但牛顿仍用光的微粒说解 释。 公元1752年，美国科学家富兰克林作风筝实验，引雷电到地面。 公元1767年，美国科学家普列斯特勒根据富兰克林导体内不存在静电荷的实验，推得 静电力的平方反比定律。 公元1780年，意大利科学家加伐尼发现蛙腿筋肉收缩现象，认为是动物电所致。不过 直到1791年他才发表这方面的论文。 公元1785年，法国科学家库仑用他自己发明的扭秤，从实验得静电力的平方反比定律。在这以前，英国科学家米切尔已有过类似设计，并于1750年提出磁力的平方反比定律。 公元1787年，法国科学家查理发现了气体膨胀的查理-盖·吕萨克定律。盖·吕萨克的研 究发表于1802年。 公元1792年，伏打研究加伐尼现象，认为是两种金属接触所致。 公元1798年，英国科学家卡文迪许用扭秤实验测定万有引力常数G。 公元1798年，美国科学家伦福德发表他的摩擦生热的实验，这些实验事实是反对热质 说的重要依据。

粒子加速器的基本知识

粒子加速器的基本知识 2010-10-28 | 【大中小】【打印】【关闭】 粒子加速器是用来产生和加速带电离子的装置。粒子加速器一般包括用于产生带电粒子的离子源、用于传输束流的束运线、加速装置和实验终端等。 粒子加速器的主要设备包括各类磁铁元件、电源、真空设备、高频、注入引出元件、诊断元件和控制系统等。其中，二极磁铁用于改变带电粒子的运动方向，四极磁铁用于对带电粒子束进行聚焦，通常还包括六极磁铁、八极磁铁和校正磁铁等。加速器的磁铁大都是电磁铁，需要专用电源对其供电。此外，由于带电粒子与气体分子碰撞会损失能量，受到散射而损失，带电粒子的传输需要在真空环境下进行，这就意味着从离子源经过束运线，最终到实验终端的整个传输过程都必须维持真空环境，所以加速器的真空系统往往十分庞大。很多粒子加速器都采用高频腔来产生交变电场来加速或捕获带电离子，所以高频系统是粒子加速器的重要部件之一。注入引出元件分别用于带电离子的注入和引出；诊断元件用来测量束流的位置、强度、发射度、能量和Q值等信息，是加速器调束人员和物理实验人员的“眼睛”；控制系统用于远程获取和控制加速器各设备的运行状态，在同步加速器中，由于各相关设备必须统一按照预设的运行模式同步运行，快速、可靠的控制系统就显得尤为重要。 核物理实验一般都是采用一定能量的粒子束轰击打靶，改变靶原子核的状态，通过分析靶原子核状态改变后的结果，可以了解微观物质的组成和运动的规律。早期的核物理实验所用的粒子都是由天然的钋和镭的放射性同位素产生的，深入进行核物理研究需要粒子种类可变、能量更高和束流更强的粒子束，这就对用人工的方法产生不同种类，能量可变的高能粒子束提出了迫切的要求，由此推动了粒子加速器技术的发展。随着科学技术的进步，粒子加速器所提供的离子种类越来越多，能量范围越来越高，粒子加速器已经成为人类认识微观世界的重要手段。 根据所加速粒子种类的不同，粒子加速器可以分为电子加速器和重离子加速器。其

物理学发展史

我所认知的物理学发展史 经典物理学的发展古希腊时代的阿基米德已经在流体静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就，但当时将这些归入应用数学，并没有将他的成果特别是他的精确实验和严格的数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪，自然哲学始终是亚里士多德的一统天下。到了文艺复兴时期，哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略不顾宗教的迫害，向旧传统挑战，其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和科学的论证上，因此被尊称为物理学或科学之父。 研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的一门学科。实验手段和思维方法是物理学中不可或缺和极其重要的内容，后者如相对性原理、隔离体(包括系统)法、理想模型法、微扰法、量纲分析法等，在古典和现代物理学中都有重要应用。物理学一词，源自希腊文physikos，很长时期内，它和自然哲学(naturalphilosophy)同义，探究物质世界最基本的变化规律。随着生产的发展。社会的进步和文化知识的扩展、深化，物理学以纯思辨的哲学演变到以实验为基础的科学。研究内容从较简单的机械运动扩及到较复杂的光、热、电磁等的变化，从宏观的现象剖析深入到微观的本质探讨，从低速的较稳定的物体运动进展到高速的迅变的粒子运动。新的研究领域不断开辟，而发展成熟的分支又往往分离出去，成为工程技术或应用物理学的一个分支，因此物理学的研究领域并非是一成不变的，研究方法不论是逻辑推理、数学分析和实验手段，也因不断精密化而有所创新，也难以用一个固定模式来概括。在19世纪发行的《不列颠百科全书》中，早已陆续地把力学、光学、热学理论和电学、磁学，列为专条，而物理学这一条却要到1971～1973年发行的第十四版上才首次出现。为了全面、系统地理解物理学整体，与其从定义来推敲，不如循历史源流，从物理学的发生和发展的过程来探索。 伽利略的成就是多方面的，仅就力学而言，他以物体从光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度，推论出如另一斜面的倾角极小，为达到同一高度，物体将以匀速运动趋于无限远，从而得出如无外力作用，物体将运动不息的结论。他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑，并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程，驳倒了亚里士多德重物下落比轻物快的结论，并综合水平方向的匀速运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的最大射程角，伽利略还分析“地常动移而人不知”，提出著名的“伽利略相对性原理”（中国的成书于1800年前的《尚书考灵曜》有类似结论）。但他对力和运动变化关系的分析仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三条运动定律，牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳系，建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他创造的“流数法”(即今微积分初步)，解决了太阳系中的二体问题，推导出开普勒三定律，从理论上解决了地球上的潮汐问题。史称牛顿是第一个综合天上和地上的机械运动并取得伟大成就的物理学家。与此同时，几何光学也有很大发展，在16世纪末或17世纪初，先后发明了显微镜和望远镜，开普勒、伽利略和牛顿都对望远镜作很大的改进。 20世纪的物理学到19世纪末期，经典物理学已经发展到很完满的阶段，许多物理学家认为物理学已接近尽头，以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在19世纪最后一个除夕夜的新年祝词中说：“物理大厦已经落成，……动力理论确定了热和光是运动的两种方式，现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云，一朵出现在光的波动理论，另一朵出现在麦克斯韦和玻耳兹曼的能量均分理论。”前者指的是以太漂移和迈克耳孙-莫雷测量地球对（绝对静止的）以太速度的实验，后者指用能量均分原理不能解释黑体辐射谱和低温下固体的比热。恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性，孕育了20世纪的物理学革命。 化工二班 许尚志 12071240073

加速器概述

加速器概述 accelerator 定义 定义：一种使带电粒子增加速度（动能）的装置。加速器可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。加速器的种类很多，有回旋加速器、直线加速器、静电加速器、粒子加速器、倍压加速器等。加速器是用人工方法把带电粒子加速到较高能量的装置。利用这种装置可以产生各种能量的电子、质子、氘核、α粒子以及其它一些重离子。利用这些直接被加速的带电粒子与物质相作用，还可以产生多种带电的和不带电的次级粒子，象γ粒子、中子及多种介子、超子、反粒子等。目前世界上的加速器大多是能量在100兆电子伏以下的低能加速器，其中除一小部分用于原子

核和核工程研究方面外，大部分用于其他方面，象化学、放射生物学、放射医学、固体物理等的基础研究以及工业照相、疾病的诊断和治疗、高纯物质的活化分析、某些工业产品的辐射处理、农产品及其他食品的辐射处理、模拟宇宙辐射和模拟核爆炸等。近年来还利用加速器原理，制成各种类型的离子注入机。以供半导体工业的杂质掺杂而取代热扩散的老工艺。使半导体器件的成品率和各项性能指标大大提高。很多老工艺不能实现的新型器件不断问世，集成电路的集成度因此而大幅度提高。加速器的发展 1919年英国科学家卢瑟福(E.Rutherford)用天然放射源中能量为几个MeV、速度为2×109厘米/秒的高速α 粒子束（即氦核）作为“炮弹”，轰击厚度仅为0.0004厘米的金属箔的“靶”，实现了人类科学史上第一次人工核反应。利用靶后放置的硫化锌荧光屏测得了粒子散射的分布，发现原子核本身有结构，从而激发了人们寻求更高能量的粒子来作为“炮弹”的愿望。 静电加速器（1928年）、回旋加速器（1929年）、倍压加速器（1932年）等不同设想几乎在同一时期提了出来，并先后建成了一批加速装置。 粒子加速器particle accelerator 用人工方法产生高速带电粒子的装置。是探索原子核和

物理学最新动态与发展趋势

物理学最新动态与发展趋势 日常教学工作非常忙碌，很少有时间去探讨、了解与中学教学直接关联的物理问题。本次参加全国物理教师国培活动，有幸认识了当今物理学界的物理大家、泰山北斗，使我们知道了作为中学物理教师搞好常规教学的同时，还需要了解新的教学理念和教学方法，尤其要知道物理学的最新动态、最新发展趋势。这样才能更好的驰骋讲坛，站的高、望的远，才有可能为祖国培养一流的人才。学习之余，我们通过研讨、读书、上网，了解到当今科学研究中三个突出的基本问题：宇宙构成、物质结构及生命的本质和维持；所对应的现代新技术革命的八大学科分别是：能源、信息、材料、微光、微电子技术、海洋科学、空间技术和计算机技术等。物理学在这些问题的解决和学科中占有首要的地位。 物理学发展的前沿领域有： 一、能物理和核物理的前沿领域 A.高能物理：高能物理研究的主要内容是粒子的种类、性质、它们之间的相互作用力、它们是由什么构成和如何构成的、粒子层次和组成它们的更基本的组元层次的新现象和新规律。由于高能加速器的建造，近40年来这门学科得到极大的发展，它的进展对认识原子核和宇宙的起源与进化也有深刻的影响。其前沿领域有：(1)发展“标准模型” 已知微观世界里的力有强力、电磁力、弱力和引力等四种，已发现的微观粒子可以分成强子与轻子二类。强子是有着这四种力的粒子，轻子是有着强力之外三种力的粒子。迄今我们对粒子物理的认识可以由“标准模型”所归纳。在这个模型里，轻子是基本的，而强子是由更基本的组元——夸克构成的，组成微观世界的组元是三代轻子（υθ,θ），（υμ,μ），（υτ,τ）和三代夸克(u，d),(c，s),(t，b)。电磁力与弱力由电-弱统-理论描述，传递电磁力是光子，传递弱力的是矢量玻色子。传递强力的是胶子，其规律由量子色动力学（QCD）描述。这三种力的来源是破缺的定域规范对称性，破缺是由希格斯（Higgs）粒子引起的。虽然希格斯粒子和υτ中微子尚未发现，但目前所有的实验结果都与标准模型符合。“标准模型”并不完美，目前大部分人相信它是一个有效的唯象理论。仍存在很多基本问题有待解决。例如，在理论中的参数达20个之多，其中11个来自希格斯机制。这样的模型显然不能成为高能物理的基本理论。因此，深入检验标准模型，探索这些参数的来源并找寻向基本理论的发展，是今后重要的研究领域。 （2）粒子的质量起源与自发对称性破缺机制研究 这三代轻子和三代夸克的质量有着令人惊讶的巨大差异：中微子质量比几个电子伏特还小，而顶夸克质量为质子的180倍，与金原子核相近。虽然规范对称性要求光子、胶子和引力子的质量为零，但是它并不要求中微子的质量为零。希格斯粒子被引入标准模型以产生规范对称性的自发破缺，但是其质量与耦合强度的大小已超出标准模型的范畴。所有这些都是有待解决的研究前沿问题。 （3）新粒子和更深层次的粒子 实验上和理论上都不排除有更多的新粒子的存在，例如，磁单极子和其他较重的粒子。也没有任何的理由限定目前的粒子的组元只能有三代，新的代意味着新的种类的粒子，每一种新粒子的发现都会对粒子物理带来新的突破。不计反粒子，目前构成物质结构的最小基本组分是6种轻子，18种夸克以及传递电、弱、强相互作用的12种媒介子。虽然直至10-17厘米尺度尚未有夸克与轻子具有结构的迹象，

物理学发展简史

物理学发展简史 专业：物流工程１１１ 学生：吴建平 学号：２０１１２１６０３１ 老师：代群

摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展

引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 一古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 二近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。 公元15世纪，哥白尼经过多年关于天文学的研究，创立了科学的日心说，写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》，对地心说发出了强有力的挑战。16世纪初，开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析，先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋。 近代物理学之父伽利略，用自制的望远镜观测天文现象，使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念，并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点，发现自由落体定律。他提出惯性原理，驳斥了亚里士多德外力是维持物体运动的说法，为惯性定律的科学逐渐从哲学中分裂出建立奠定了基础。伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上

物理学发展史上的里程碑式的人

物理学发展史上的里程碑式的人

物理无处不在。它在遥远的宇宙边缘，它在星系中央的超大质量黑洞，它在构成万物的基本粒子，它甚至存在于看起来是空的空间内。物理学家的目的就是要去研究在这个物质世界中所发生的一切：掉落的苹果，行星和恒星的运动，以及微观世界中亚原子粒子的行为等等。 我们对我们所身处的这个宇宙已经有了越来越多的了解。而这一切都离不开下面这些物理学家的深刻洞察力，他们的理论、想法及发现彻底地改变了我们对宇宙的认知。 △伽利略（Galileo Galilei, 1564 - 1642）在物理学上最著名的贡献之一是他对物体运动的研究。在1630年代，他证明了所有在做自由落体运动的物体都有相同的加速度。换句话说，在没有空气阻力的情况下，羽毛和铅球将同时落地。霍金说：“自然科学的诞生要归功于伽利略。 △基于伽利略在物体运动的研究，牛顿（Isaac Newton, 1643 - 1727）在1687年发表了《自然哲学的数学原理》，阐述了三大运动定律和万有引力。他通过论证开普勒定律与他的引力理论间的一致性，证明了地球上的物体与天体的运动都遵循着相同的物理定律。

△对电和磁的研究是法拉第（Michael Faraday, 1791 - 1867）最著名的工作。在1831年，他发现了电磁感应现象；1839年，他提出了电学和磁学之间存在着基本关系。 △1864年，麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831 - 1879）发表了他的电磁学理论，他提出了将电、磁和光统归为电磁场中的现象。麦克斯韦指出电场和磁场以波的形式在空间中以光速传播，同时从理论上预测了电磁波的存在。

物理学的发展

物理学发展和科技革命 BZ07004007 庞锦毅 摘要 本文试图从讨论物理学发展的脉络来研究科技革命的过程。众所周知，物理学是认识世界的学科。她是如何描述世界的？她能将我们的世界解析到何种程度？文章第一章会给出经典物理学框架下，物理学是如何发展并一步步揭示世界本质以及她在解释世界的过程中遇到了哪些困难。第二章会叙述近代物理学一次重要的变革以及阐明物理学是如何通过自我修正重新准确揭示世界本质的过程。第三章会给出近代物理学发展的脉络及其遇到的困难。 关键字：分析力学，自由度，动力学轨迹，统计，相对论，量子理论

第一章经典物理学 很多物理学史学者对于在最近的那次物理学变革来临之前的物理学史倾向于这样一种观点：经典物理学的大厦已经构建完成，剩下的任务只是将一些基本常数测量的更加精确。个人认为这种观点不但不严谨，甚至是谬误的。 众所周知，物理学的终极目标是描述世界。而我们的世界从还原论的角度说，是一个多体系统。仅仅完善基本单元的动力学是远远不够的。经典物理的分析力学只能完全求解单自由度的系统的动力学。一旦超出单自由度情形，看似无所不能的分析力学实际上就变得捉襟见肘了。众所周知的困难就是从两体问题到三体问题的障碍。两体问题由于空间平移对称性和空间转动对称性的缘故，原本的六自由度系统最终能够约化为单自由度问题而得以求解。然而拥有九自由度的三体问题即使经过对称性约化，也还剩余四个自由度。当然，这并不是说分析力学无法分析这些多自由度问题。欧拉-拉格朗日方程能够给出系统自由度的演化方程，但是对于大量的非线性系统我们由于最终无法解耦这些微分方程而不能给出清晰的相空间动力学轨迹。从某种意义上讲，我们对于我们的世界仍旧知之甚少，即使在那个经典物理学如日中天的年代。 随着数值计算的发展，优美的解析物理学开始向数学妥协：既然无法解析求解普遍的动力学轨迹，我们便给出一个具体的动力学轨迹数值解。实际上，随着自由度的增加，这种妥协也开始崩溃。大量自由度与非线性的结合导致了混沌的出现。同一系统的不同动力学轨迹在高维度相空间中的剧烈分化使得单个动力学轨迹的数值解变得毫无意义。这从逻辑上引发了物理学的又一次妥协：统计力学的出现。当然从物理学史的时空观上讲，混沌与统计力学并没有直接的关联。然而对于从认识世界的角度看待物理学的人而言，这两者是紧密相连的。这实际上要归功于微分几何的发展。数学家对于高维度空间拓扑性质的研究使得物理学者把目光从单纯的动力学轨迹转移到了动力学流形上。这可以说是一种妥协，也可以