世界就是這樣矛盾和奇妙，打破越小的東西往往需要越大的能量。要想把肉眼看不到的細小微粒——原子打破，把一個質子或中子從原子核中分離出來，需要用具有800萬電子伏能量的粒子去轟擊原子核才能奏效。有的粒子，要想從核內打出來，甚至需用上億電子伏的粒子做“炮彈”，真可謂名符其實的攻堅戰。怎樣才能獲得具有高能量的粒子呢？這就要靠高效率的儀器和裝置。粒子加速器就是一種能夠產生很大能量的粒子“炮彈”的大型機器。它可以使帶電粒子獲得極大的速度，因而具有極大的動能，而且能夠密集地接連不斷地發射出來，去轟擊要研究的原子，把原子打破，使人們得到所需要的基本粒子。因此，科學家們把它稱為“粒子炮”。自然界雖然也有一些放射性的物質，可以作為轟擊原子的炮彈，但是人們難以對它們進行控制，而且這些天然物質放射出的粒子能量都不夠高，所以轟擊的效率比較低。1919年盧瑟福用天然放射性鐳發出的a粒子去轟擊氮原子，得到了氧和氫，但是這次實驗用了幾個星期的時間。科學工作者渴望有一種能夠加大粒子速度，提高粒子能量的機器，來探索原子的奧秘，征服原子世界。為此，許多科學家進行了長期的艱苦的努力。1928年，英國物理學家科克羅夫特和沃爾頓建造了最初的粒子加速器——電壓倍加器。他們利用這臺能把質子加速到40萬電子伏能量的裝置，擊碎了鋰的原子核，為此獲得了1951年的諾貝爾物理獎。與此同時，美國物理學家范德格拉夫也設計了一種靜電加速器。它的高壓電極是半球狀的金屬筒，由絕緣柱高高支起，電極裡產生的粒子經強電場加速可到24000萬電子伏。這兩種加速器都是一次加速，能不能讓粒子在機器中受到多次加速，從而提高它的能量呢？1938年科學家維德羅用交變電場作為驅動力，使粒子在分段的管道中，每經過一段管道受到一次推動，建成了第一臺加速離子的直線加速器。這種加速器大大提高了被加速粒子的能量，但缺點是管道長，而且沒有充分利用。像美國斯坦福直線加速器中心的一臺機器，加速管長達3公里，可想而知，整臺機器是多麼龐大。那麼，能不能把管道做成一個圓圈狀，使粒子在圓圈中週而復始地加速？第一個實現這種想法的是被稱為“加速器之父”的美國物理學家勞倫斯。他於1931年製成了第一臺迴旋加速器。這臺加速器直徑不過0.3米，但能使粒子加速到125萬電子伏。隨著人們對粒子能量不斷加大的要求，迴旋加速器也從最初的“苗條”漸漸巨大起來。1951年，芝加哥大學內的迴旋加速器，磁體就重2200噸，它由一個鋼芯和纏繞它的銅線組成。銅線由直徑為1英寸的銅管做成，總長度約7公里，僅磁體就有一間房那麼大。1967年，前蘇聯建成一臺能產生700億電子伏能量粒子的加速器，直徑超過1500米。美國的一臺質子同步迴旋加速器直徑為2公里，可把質子加速到5000億電子伏。加速器已經成為一個能量和體積都十分可觀的“巨人”。從本世紀60年代起，科學家們開始研製使粒子和要轟擊的原子都動起來的對撞機。這種碰撞無疑比運動的粒子撞擊靜止的原子要產生更大的能量。70年代後，對撞機已成為世界研製加速器的主要趨勢。西歐核子研究中心的質子——反質子對撞機，能量可達5400億電子伏特。中國科學院高能物理研究所研製的北京正負電子對撞機，已於1988年開始執行。美國計劃建一臺20萬億電子伏的對撞機，其工程可同挖鑿巴拿馬運河相比。加速器從誕生以來，在半個多世紀的時間裡，幫助人們發現了300多種基本粒子。這尊強大的“粒子炮”，轟開了原子世界的大門，為人們洞察微觀世界立下了汗馬功勞。
世界就是這樣矛盾和奇妙，打破越小的東西往往需要越大的能量。要想把肉眼看不到的細小微粒——原子打破，把一個質子或中子從原子核中分離出來，需要用具有800萬電子伏能量的粒子去轟擊原子核才能奏效。有的粒子，要想從核內打出來，甚至需用上億電子伏的粒子做“炮彈”，真可謂名符其實的攻堅戰。怎樣才能獲得具有高能量的粒子呢？這就要靠高效率的儀器和裝置。粒子加速器就是一種能夠產生很大能量的粒子“炮彈”的大型機器。它可以使帶電粒子獲得極大的速度，因而具有極大的動能，而且能夠密集地接連不斷地發射出來，去轟擊要研究的原子，把原子打破，使人們得到所需要的基本粒子。因此，科學家們把它稱為“粒子炮”。自然界雖然也有一些放射性的物質，可以作為轟擊原子的炮彈，但是人們難以對它們進行控制，而且這些天然物質放射出的粒子能量都不夠高，所以轟擊的效率比較低。1919年盧瑟福用天然放射性鐳發出的a粒子去轟擊氮原子，得到了氧和氫，但是這次實驗用了幾個星期的時間。科學工作者渴望有一種能夠加大粒子速度，提高粒子能量的機器，來探索原子的奧秘，征服原子世界。為此，許多科學家進行了長期的艱苦的努力。1928年，英國物理學家科克羅夫特和沃爾頓建造了最初的粒子加速器——電壓倍加器。他們利用這臺能把質子加速到40萬電子伏能量的裝置，擊碎了鋰的原子核，為此獲得了1951年的諾貝爾物理獎。與此同時，美國物理學家范德格拉夫也設計了一種靜電加速器。它的高壓電極是半球狀的金屬筒，由絕緣柱高高支起，電極裡產生的粒子經強電場加速可到24000萬電子伏。這兩種加速器都是一次加速，能不能讓粒子在機器中受到多次加速，從而提高它的能量呢？1938年科學家維德羅用交變電場作為驅動力，使粒子在分段的管道中，每經過一段管道受到一次推動，建成了第一臺加速離子的直線加速器。這種加速器大大提高了被加速粒子的能量，但缺點是管道長，而且沒有充分利用。像美國斯坦福直線加速器中心的一臺機器，加速管長達3公里，可想而知，整臺機器是多麼龐大。那麼，能不能把管道做成一個圓圈狀，使粒子在圓圈中週而復始地加速？第一個實現這種想法的是被稱為“加速器之父”的美國物理學家勞倫斯。他於1931年製成了第一臺迴旋加速器。這臺加速器直徑不過0.3米，但能使粒子加速到125萬電子伏。隨著人們對粒子能量不斷加大的要求，迴旋加速器也從最初的“苗條”漸漸巨大起來。1951年，芝加哥大學內的迴旋加速器，磁體就重2200噸，它由一個鋼芯和纏繞它的銅線組成。銅線由直徑為1英寸的銅管做成，總長度約7公里，僅磁體就有一間房那麼大。1967年，前蘇聯建成一臺能產生700億電子伏能量粒子的加速器，直徑超過1500米。美國的一臺質子同步迴旋加速器直徑為2公里，可把質子加速到5000億電子伏。加速器已經成為一個能量和體積都十分可觀的“巨人”。從本世紀60年代起，科學家們開始研製使粒子和要轟擊的原子都動起來的對撞機。這種碰撞無疑比運動的粒子撞擊靜止的原子要產生更大的能量。70年代後，對撞機已成為世界研製加速器的主要趨勢。西歐核子研究中心的質子——反質子對撞機，能量可達5400億電子伏特。中國科學院高能物理研究所研製的北京正負電子對撞機，已於1988年開始執行。美國計劃建一臺20萬億電子伏的對撞機，其工程可同挖鑿巴拿馬運河相比。加速器從誕生以來，在半個多世紀的時間裡，幫助人們發現了300多種基本粒子。這尊強大的“粒子炮”，轟開了原子世界的大門，為人們洞察微觀世界立下了汗馬功勞。