质子同步加速器

质子同步加速器（PS，有时也称为 CPS）是 CERN 的粒子加速器。 它是 CERN 的xxx台同步加速器，于 1959 年开始运行。在很短的一段时间内，PS 是世界上能量最高的粒子加速器。 此后，它一直作为相交存储环 (ISR) 和超级质子同步加速器 (SPS) 的预加速器，目前是大型强子对撞机 (LHC) 加速器综合体的一部分。 除了质子，PS 还加速了 α 粒子、氧和硫原子核、电子、正电子和反质子。

今天，PS 是 CERN 加速器综合体的一部分。 它为大型强子对撞机以及欧洲核子研究中心的许多其他实验设施加速质子。 使用负氢离子源，离子首先在线性加速器 Linac 4 中加速到 160 MeV 的能量。然后氢离子的两个电子都被剥离，只留下含有一个质子的原子核，质子同步注入质子 加速器助推器 (PSB)，将质子加速到 2 GeV，然后是 PS，将束流推到 25 GeV。 质子随后被送到超级质子同步加速器，并在注入大型强子对撞机之前加速到 450 GeV。 PS 还以 72 MeV 的能量加速来自低能离子环 (LEIR) 的重离子，用于 LHC 中的碰撞。

同步加速器（如质子同步加速器）是一种循环粒子加速器，从回旋加速器演变而来，其中加速的粒子束围绕固定路径行进。 将粒子束弯曲到其固定路径的磁场随时间增加，并与粒子能量的增加同步。 当粒子围绕固定的圆形路径行进时，它们将围绕其平衡轨道振荡，这种现象称为电子感应加速器振荡。

在传统的同步加速器中，循环粒子的聚焦是通过弱聚焦实现的：引导粒子围绕固定半径的磁场随半径略微减小，导致位置略有不同的粒子轨道彼此接近。 以这种方式聚焦的量不是很大，因此电子感应加速器振荡的幅度很大。 弱聚焦需要大真空室，因此需要大磁铁。 传统同步加速器的大部分成本是磁铁。 PS 是 CERN 的xxx台加速器，它利用了交替梯度原理，也称为强聚焦：四极磁铁用于围绕加速器的圆周多次水平和垂直交替聚焦。 粒子的聚焦在理论上可以变得如人们所希望的那样强烈，而电子感应加速器振荡的幅度则如所希望的那样小。 最终结果是您可以降低磁铁的成本。

一台机器是标准型的，制造简单、相对快速且便宜：同步回旋加速器，在 600 MeV 的质心能量下实现碰撞。 第二个设备是一个更加雄心勃勃的事业：一个比当时存在的任何其他设备都大的加速器，一个可以将质子加速到 10 GeV 能量的同步加速器——PS。

这个想法非常有吸引力，以至于放弃了对 10 GeV 同步加速器的研究，并开始了对实现新想法的机器的研究。 利用这一原理，可以用与使用弱聚焦的 10 GeV 加速器相同的成本建造 30 GeV 加速器。 然而，聚焦越强，所需的磁体对准精度就越高。 这证明了加速器建造中的一个严重问题。

施工期间的第二个问题是机器在称为过渡能量的能量下的行为。 在这一点上，粒子速度的相对增加从较大变为较小，导致电子感应加速器振荡的幅度变为零，并且光束失去稳定性。 这是通过跳跃或加速度的突然转变解决的，其中脉冲四倍体使质子更快地穿过跃迁能级。

作为 25 GeV 能量的同步加速器，半径为 72 米，预算为 1.2 亿瑞士法郎。 选择的聚焦强度需要一个 12 厘米宽和 8 厘米高的真空室，以及总质量约为 4000 吨的磁铁。