精讲《从一到无穷大》-44加速一个粒子
这一段时间我们一直在研究原子核在这方面读瑟夫和他的学生们做出了重要的贡献。例如卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔，就发现了原子由原子核和电子构成。卢瑟福用阿尔法粒子轰击氮气，结果就发现了质子。卢瑟福的学生查德威克用阿尔法粒子轰击棚，结果就发现了中子。
在卢瑟福的时代，实验用的高速粒子只能从天然放射性元素的衰变中获得，它的速度大约是0.1倍光速。随着科学的发展，人们为了研究更小的物质组成，需要更强大、速度更快的粒子数。而且这种粒子不能只局限于阿尔法粒子。这时天然放射性物质已经不能满足要求了。于是科学家们设想能不能用人工的方法加速粒子呢？今天我们就来讲一下这一方面的内容。
粒子加速器如果我们要让一个小球加速，就需要给小球一个力，让它沿着力的方向运动，这叫做对小球做功。同样如果我们在粒子周围加一个电场，带电的粒子就会在电场中受到力的作用实现加速。此时粒子能加速到多大的速度和能量，就取决于产生电场的电压。电压越高，粒子被加速之后的速度就越大。如何获得较高的电压呢？
挪威物理学家维德罗在1928年发明了一种直线加速器，这种直线加速器就是利用一个电源产生的电场对粒子进行加速。但是单个电源能够产生的电压很有限，所以韦德罗想到了使用高频交流电反复加速的方式。装置中有越来越长的许多个加速管间隔着连接到一个电源的两端。当粒子在某两个管子中间时，就会受到电场的加速作用。当粒子走到下一个两管中间时，电源的正负极刚好调换。这样一来例子就能实现第二次加速。如此这般可见要让加速能够进行，必须让粒子经过一个管子之后，刚好赶上电源正负极对调。
如果保持电源的频率不变，由于粒子的速度越来越快，所以管子就得越来越长。经过计算可以知道管子长度的比例是一比根号2、比根号3、比根号四这样的关系。理论上讲，只要管子足够长，粒子可以被加速到任意高的速度。但是实际上由于技术的限制，这种加速器在当时只能为粒子提供5万伏的加速电压。
到了1930年代初，美国物理学家欧内斯特劳伦斯又发明了一种加速器回旋加速器，它能用更小的体积把粒子加速到更高的速度。回旋加速器的基本结构是这样的，在两个地形和中间加上交变的电场，同时在垂直于盒子的方向上加上恒定的磁场。当粒子进入两个地形核中间时，就会因为电场的作用而加速。离开电场之后又会因为磁场力的作用而发生偏转……
