加速器是一种能人工把带电粒子的束流加速到高能量的装置。它是研究原子核和基本粒子的重要设备,近年来,在工农业和医疗卫生事业中的应用也日益广泛。按粒子运动的轨道形状,可分为直线型和圆型加速器两大类,前者有高压倍加器、静电加速器和直线加速器,后者有电子感应加速器、回旋加速器、质子同步加速器等。
目前世界上最大的粒子加速器是美国费密国立加速器实验室的一台质子同步加速器,它可以把质子加速到500GeV(1GeV代表10亿电子状)。束流强度已达2x1013质子/脉冲。实际上这台大加速器是由4台加速器组成:750keV的预注入器,200MeV的直线加速器,8GeV的快速增强器和500GeV的主加速器。预注入器也叫高压倍加器,是用来产生质子束流的低能强流加速器。质子从这里开始加速,把从离子源中引出的负氢离子加速到750keV;直线加速器,它由9节组成,总长约150米,安装在地下隧道之中,它的作用是把预注入器中产生的束流加速到200MeV;束流从直线加速器出来,经中能输运段,就来到快速增强器。这也是一个同步加速器,每秒钟可加速15次。负离子注入时穿过一层薄膜,就剥去外层电子而成为质子。经多次加速后能量可达8GeV。然后引出束流向主加速器注入。主加速器直径2千米,是截面为马蹄形的混凝土隧道,铺设在深约7米的地下。它的作用是把质子加速到高能量,完成最后的加速。正常运行能量为400GeV,最高能量达500GeV。计划在主加速器上再造一个超导主加速器环,预计能量可提高到1000GeV。第一个现代物理实验室
19世纪末叶,物理学进入了一个新的发展时期,推动物理学发展的物理实验,同时从经典物理学发展时期以个人为主辅以简单仪器进行研究的形式,发展到近代物理学研究中集体分工合作并配备高级精密仪器的形式。这种发展,导致现代物理实验室的出现。
最早的现代物理实验室是英国的卡文迪许实验。不少人以为这个实验室是著名的英国科学家、引力常数的测定者、确定水的组成并发现氢气的亨利·卡文迪许建造的,其实不是这么回事。当卡文迪许实验室建成时,亨利·卡文迪许离开人间已有半个多世纪了。卡文迪许实验室是在英国公爵德冯夏尔·卡文迪许的资助下建成的。这位同姓的公爵是亨利·卡文迪许的亲戚。卡文迪许实验室于1872年破土动工,两年后就在剑桥自由学校巷里建成。说也奇怪,这个物理实验室竟是在一位著名的理论物理学家——麦克斯韦的领导下筹建的,他还是它的第一任主任。为了给实验室增添仪器,麦克斯韦拿出了自己不多的积蓄。
卡文迪许实验室它不仅出成果,而且出人才。许多有成就的物理学家都曾在这里受到过现代物理学的熏陶。领导卡文迪许实验室的都是成就辉煌、赫赫有名的现代物理学大师。继麦克斯韦之后,任卡文迪许实验室主任的有:现代声学和光学的奠基人瑞利,电子的发现者J·J·汤姆逊(他在28岁时就当上了主任),现代原子核物理学之父卢瑟福,以科学研究组织工作见长的W·L·布拉格,现代固体物理的先驱莫特。除麦克斯韦之外,都是诺贝尔奖金获得者。