桌面上的加速器
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用等离子体加速器加速粒子的新技术，将在10年～20年内走向成熟。其中最令人振奋的是，一种结构极为紧凑的GeV级桌面型加速器的问世也指日可待，说不定哪一天，这种袖珍等离子体加速器会走进你的办公室，任由你使用：它将在材料科学、结构生物学、核医学和食物消毒等诸多方面大有用武之地。
高物理学家发明粒子加速器的初衷，是希望借此解析神秘的宇宙本性。粒子加速器都是庞然大物，带电粒子被它们加速到接近光速，然后猛然撞在一起，重现在大爆炸的巨响中，宇宙骤然诞生时的环境。通过分析碰撞所产生的碎片，物理学家希望能够了解：存在于各种表面上迥然不同的力和粒子如何相互联系，并通过一种统一理论来描述。遗憾的是，物理学家越接近揭开宇宙诞生之谜的目标，所需的粒子加速器的功率也越大，费用自然水涨船。
目前，世界上功率最强大的粒子加速器，在法国和瑞士边界的欧洲核子研究中心（CERN）。它正在动工兴建的大型强子对撞机（LHC），直径达8.6千米，计划于2007年建成。LHC能够把两束质子加速到7万亿电子伏的能量，让它们&O&头碰撞，来揭示粒子如何获得质量 [参见《科学美国人》 2005年7月号戈登·&&恩所著《质量之谜》一文]。而其他运行中的加速器，有的用于弄清宇宙中的物质为何远远多于反物质，有的则帮助我们窥见名为“夸克—胶子等离子体”的&O&始物质状态。所有这些加速器都采用微波来加速粒子，而这种技术在使用了数十年后，已是老态龙钟。
过去75年间，在基本粒子的本质以及核物质的行为等方面，这些加速器及其前辈完成了众多引人注目的发现。粒子加速器科学技术日新月异，让加速器的能量以每十年提高大约十倍的惊人速率增加，从而保证了科学家能够源源不断地获得新发现。但这样的进展速度能否持续下去？有迹象表明，这种基于微波技术的加速器，很可能已接近技术和¾&济可行性的极限。1993年，美国国会否决了超导超级对撞机（Superconducting Super Collider）计划，这台对撞机的直径为28千米，能量为LHC的两倍多，但预算¾&费也高达80亿美元。现在，许多粒子物理学家希望，在LHC落成之后，能再建造一台直径30千米的直线对撞机（linear collider）。但是这项酝酿中的工程耗资过巨，它是否能避免超级对撞机夭折的命运？&E&也无法预测。
在这个关头，新的粒子加速&O&理应运而生，这种&O&理使用等离子体——继固体、液体和气体之后的第四种物质状态——来加速粒子。按照这个&O&理，极有希望制造出一台用于最高能物理研究（1,000亿电子伏及更高）的加速器。更让人兴奋的是，这种基于等离子体的技术，还可以大大缩小加速器的体积，并大幅度降低费用。
用于物理学研究的巨型高能加速器，只是加速器应用的一个方面。除此之外，还有小型加速器应用于各种领域中，例如材料科学、结构生物学、核医学、聚变研究、食品消毒、核废料嬗变以及某些癌症的治疗等。这些小型加速器产生的电子束或质子束能量相对较低——1亿电子伏～10亿电子伏，但体积仍然庞大。而结构极为紧凑的“桌面型”等离子体加速器，可望提供在这一能量范围内的电子束。
桌面型等离子体加速器可望提供用于各种低能场合的电子束
微波VS等离子体
在详细阐述这项新技术之前，有必要先回顾一下加速器的基本知识。加速器可分为几大类。首先，要看看它们加速的是较轻的粒子（即电子和正电子），还是较重的粒子（如质子和反质子）；其次，看它们是沿着一条直线一次性地加速粒子，还是让粒子在一个圆环内绕行多次，从而加速粒子。例如，LHC就是一台让两束质子对撞的圆环式加速器。继LHC之后，物理学家打算建造一台加速电子和正电子的直线型对撞机，在运行初期，碰撞点处的能量将达5,000亿电子伏左右。在这样高的能量下，电子和正电子必须沿直线加速，如果让它们绕着圆环加速，就会因为“同步加速器辐射”的效应而丧失大量能量。幸运的是，沿直线加速电子和正电子，就是等离子体加速器最能发挥用武之地的场合。
传统的直线对撞机通过随粒子同步运动的电场来加速粒子。电场是由一个名为“慢波腔”（slow-wave cavity）的装置（即一根以均匀的间隔安放着若干窗孔片的金属管），通过高功率微波辐射产生出来的。使用金属结构可以限制加速电场的大小，当电场强度达到2,000万伏/米~5,000万伏/米时，慢波腔的金属壁间会发生电击穿的现象，即有火花跳过，同时电流从慢波腔的壁上放出。由于电场强度必须低于发生电击穿的阈值，因此，为了达到较高的加速能量，必须延长加速路径。例如，为了产生能量为1万亿电子伏的电子束，加速器的长度就需要达到30千米。如果我们能够设法突破电击穿的限制，并大大加快粒子加速的过程，那么加速器的尺寸就可制造得更加紧凑。这正好是等离子体可以派上用场的地方。
在等离子体加速器中，等离子体这种电离气体扮演了加速结构的角色。电击穿效应在这里非但不会拖后腿，反而是整个设计中不可缺少的要素，因为加速过程的第一步就是要将气体击穿。加速的动力源不再是微波辐射，而是激光束或带电粒子束。
乍看起来，激光束和带电子粒子束似乎不太适合于担当加速粒子的任务。它们的确能产生非常强的电场，但它们所产生的电场，基本上垂直于其传播方向。为了实现加速的效果，加速器中的电场方向必须与粒子的运动方向一致。这样一种电场称为纵向电场。幸运的是，当我们发送出的激光束或带电粒子束穿过等离子体时，它与等离子体的相互作用就可以产生一个纵向电场。
此过程是这样发生的：等离子体含有等量的负电荷（电子）和正电荷（离子），因此就整体来说是正负电荷互相抵消，呈电中性的状态。然而，强激光脉冲或粒子束脉冲在穿过等离子体时会引起扰动。实际上，激光束或带电粒子束将推动较轻的电子前进，使之远离较重的正离子，而正离子则被抛到了后面。这样就形成了一个含有过量正电荷的区域，以及一个含有过量负电荷的区域。因此，¾&过激光束或粒子束的扰动后，等离子体内就形成了一股以接近光速的速度传播的波。伴随着该波的是一个强电场，它的方向从正电荷区指向负电荷区，任何进入它的作用范围内的带电粒子都将被它加速。
等离子体能够支持强度大得令人瞠目的加速电场。如果一团等离子体的密度为每立方厘米1018个电子（这是一个相当平常的数字），那么它就能产生峰值电场强度达1,000亿伏/米的波；与典型的传统加速器中靠微波为动力所获得的加速梯度相比，这个强度高出了整整1000倍以上。而麻烦在于，等离子体波的波长仅有30微米，而传统加速器中所用的微波波长则通常为10厘米。如何把电子束放置在这样细微的波里，是一个非常棘手的问题。
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校已故的约翰·M·道&E&（John M. Dawson）是该研究领域的先驱，他在1979年率先提出了这个用等离子体来加速粒子的一般方案。十多年后，物理学家通过实验，演示了电子如何在等离子体波上冲浪并获得能量。为了实现这一目标，物理学家必须掌握三种不同的技术：等离子体、加速器和激光，并把它们完美地结合起来。我所在的加利福尼亚大学洛杉矶分校的一个研究小组，在1993年终于成就了这一伟业。从那时起，这一领域的进展异常神速，特别是有两种方法显示出了令人称奇的结果：激光尾场加速法（laser wakefield accelerator）和等离子体尾场加速法（plasma wakefield accelerator）。激光尾场加速法看来很有希望用于低能桌面型加速法，而等离子体尾场加速器则极有可能用于制造下一代对撞机，以产生粒子物理学研究所需的能量。
科学小词典
“夸克—胶子等离子体”是一种全新的物质形态。
现有物理学理论认为，宇宙诞生后的百万分之几秒内，宇宙中曾¾&广泛存在过一种被称为“夸克—胶子等离子体”的物质。在“夸克—胶子等离子体”中，夸克和胶子（一种理论上假设的无质量粒子）等基本粒子以自由状态存在。它们随宇宙的冷却结合形成质子和中子等亚&O&子粒子，后者又形成&O&子核，最终产生&O&子以及今天的宇宙万物。
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出门在外也不愁为什么今天我开机的时候在我电脑桌面上出来一个八匹马网络加速器，以前没见过的，这是个什么东西？_百度知道
为什么今天我开机的时候在我电脑桌面上出来一个八匹马网络加速器，以前没见过的，这是个什么东西？
提问者采纳
找你身边朋友问问 谁乱用你电脑了 另外那个八匹马网络加速器 是用来改善网通和电信之间网络连接速度的一个工具 比如说你是网通的ADSL，你用了这个以后，玩某个网络游戏的电信服就不会再那么卡了 反之亦然。希望采纳
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出门在外也不愁桌面加速器不是梦[1]- 中国在线
桌面加速器不是梦
来源：科技日报
激光等离子加速器（LAPs）因其加速空腔的长度可用厘米而不是公里（千米）来计量而被称为“桌面加速器”。近年来，由于技术的迅速发展，科学家有望开发出新型实用的激光等离子加速器。与当今传统的加速器相比，激光等离子加速器不仅造价十分低廉，而且对土地和环境的影响要小得多。
“体形”差异甚大
激光等离子加速器的研究已有多年，并取得了可喜的进展。2004年，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室激光和光学加速器系统综合研究项目的科学家，首次向人们展示了具有窄发散能量的激光等离子加速器电子束；2006年，他们首次将电子能量提高到10亿电子伏特。
常规的带电粒子（如电子）加速器有多段真空金属腔连接而成，外加给空腔的振荡电磁场让带电粒子被束缚在空腔内逐级加速，导致带电粒子被加速的主要因素是磁场加速梯度，它用每米多少伏特来表示。通常，输出的带电粒子能量越高，加速器的长度就会越长，因而加速器的长度可达数公里。
激光等离子加速器则不同。激光和光学加速器系统综合研究项目的科学家研发的能够产生10亿电子伏特电子束的激光等离子加速器能够放在手掌上，其长度只有3.3厘米。当强激光器将脉冲聚焦到加速器内的自由电子和正离子时，其辐射压导致电子和离子分离，产生出高强度的加速梯度。部分电子尾随在激光脉冲后面，有些几乎在同时达到了近光速的速度。在短距离内，激光等离子加速器能够维持每米数千亿伏特的加速梯度，常规加速器无法与此相比。
特性测量困难
然而，激光等离子加速器独特的电子加速方法和产生飞秒量级的电子脉冲给测量技术带来了难题，人们一时无法测量激光等离子加速器产生的高能电子束的质量。
现在，测量难题正在被逐步解开，这归功于劳伦斯伯克利国家实验室加速器和聚变研究分部科学家维姆·李曼斯领导的研究团队。李曼斯是激光和光学加速器系统综合研究项目的负责人，他所带领的研究团队拥有理论学家、计算机模拟专家和优秀的实验人员，他们不断改进激光等离子加速器的性能。在研究队伍中，不少学生为研究作出了重要的贡献，并获得了博士学位。例如，法国某综合工科院校的研究生吉拉姆·普拉图，他曾在项目中研究与激光等离子加速器产生的X射线相关的辐射，并将其作为自己博士论文的一部分，目前他在加州大学做博士后研究。
编辑： 许银娟 标签：
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