直線感應加速器是由N.Christofilos發明并于1963年在美國勞倫斯利弗莫爾實驗室（LLNL）建成的世界第一臺此類設備。該加速器能夠提供350A的束流、4MeV的能量、300ns的脈寬和100Hz的重復率。它的主要用途是約束等離子體，并用于研究電子束通過大氣傳輸的可能性，長期目標是開發粒子束武器。
歷史與發展
直線感應加速器的發展始于美國，隨后其他國家也開始跟進。美國研發了多種型號的加速器，包括用于加速質子的ERA加速器、用于自由電子激光（FEL）研究的ETA加速器和ATA加速器，以及高平均功率的ETA-II加速器。1982年，美國勞倫斯利弗莫爾實驗室研制了用于核武器流體動力學試驗閃光X光照相的FXR加速器，這是直線感應加速器首次用于此目的。1990年代，隨著全面禁核試的到來，各國加強了閃光X光照相能力的研發。美國能源部建造了DARHT裝置，其中包括兩臺軸線互成90°的20MeV直線感應加速器DARHT-I和DARHT-II。此外，美國還建造了用于重離子聚變研究的小型實驗加速器。
蘇聯的直線感應加速器發展起步較晚，但也在1967年建立了第一臺無鐵芯的直線感應加速器。俄羅斯實驗物理研究院（VNIIEF）利用徑向線加速原理建造了LIU系列加速器，用于模擬核爆的強軔致輻射源和強中子源。湯姆斯克理工大學研制了重復頻率的直線感應加速器LIU2/3，用于自由電子激光研究。
法國原子能委員會核武器研究中心從1988年開始直線感應加速器研究發展計劃。他們建成了用于自由電子激光研究的LELIA加速器，并研制了PIVAIR加速器。全面禁核試后，法國斥巨資研制了與DARHT-I類似的直線感應加速器AIRIX。
英國原子武器機構（AWE）計劃建造3臺14MV感應疊加型的直線感應加速器，以構成多角度閃光X光照相，預計2010年運行。
日本原子能研究所（JAERI）、高能物理所（KEK）及大阪大學激光工程研究所先后建成用于自由電子激光研究的直線感應加速器。日本長岡技術大學建造了直線感應加速器ETIGO-III，用于X光、高功率微波和煙氣脫硫等研究。
德國卡爾斯魯厄核物理研究中心在美國的幫助下，于1993年建造了基于感應疊加的直線感應加速器KALIF-HELIA，用于強流輕離子束與物質相互作用、X光激光泵浦和慣性約束聚變等研究。
中國的直線感應加速器研究始于1982年，走自主創新的道路，取得了多項成就。1989年研制成功中國首臺1.5MeV直線感應加速器；1991年建成3.3MeV加速器，用于曙光一號自由電子激光研究，最大輸出功率達140MW；1993年建成中國首臺用于閃光X光照相的10MeV直線感應加速器，1995年升級為12MeV；近年來自主研制成功“神龍一號”直線感應加速器，其性能達到國際先進水平。
工作原理
直線感應加速器由注入器、加速組元系統、脈沖功率系統、束輸運系統、測控系統及輔助系統組成。注入器產生高品質強流粒子束并注入加速段加速。脈沖功率系統產生高電壓脈沖，在加速間隙上形成加速電壓。束輸運系統確保粒子束穩定傳輸。直線感應加速器利用經典電磁感應原理工作，即利用磁通量的變化產生感生電動勢來加速帶電粒子。感應組元可以簡單地看作為一個1:1的脈沖變壓器。當脈沖發生器產生的脈沖電壓輸入初級回路時，磁芯產生磁通量的變化，次級回路上產生感應電壓，加速間隙區域形成軸對稱的軸向感應電場，帶電粒子通過時得到加速。無磁芯感應組元采用徑向傳輸線或軸向傳輸線結構。直線感應加速器由一個或多個感應組元軸向串接組成，這種結構使得加速器結構簡單，便于粒子束能量的調整及粒子束的注入與引出。感應電壓疊加器（IVA）將多個感應組元的電壓感應疊加，形成高電壓，可用作粒子束源或負載。
技術進步
直線感應加速器的技術發展經歷了多個階段，早期側重強流和高峰功率技術，80年代開始發展高平均功率技術和束品質控制技術，90年代后發展MHz重復頻率能力和高頻磁芯材料技術。強流和高峰功率技術的進步體現在ATA加速器、LIU-30加速器和HERMES-III加速器上。高平均功率技術的發展得益于磁開關技術，ETA-II加速器的平均功率達到了3MW。束品質控制技術解決了強流電子束品質的難題，DARHT-I加速器的束品質顯著提高。固體開關調制器技術提高了重復頻率，ARM-II調制器可在2MHz重復率下輸出脈沖。高頻磁芯材料技術使得加速組元能夠在MHz重復頻率下工作，微晶合金和非晶金屬玻璃滿足了這一要求。高梯度絕緣體技術提高了絕緣體的擊穿特性，適用于高梯度絕緣體。
應用
直線感應加速器廣泛應用于科學研究、國防和國民經濟領域。閃光X光照相是其主要應用之一，用于核武器初級的流體動力學試驗。重離子聚變也是直線感應加速器的重要應用，美國的重離子聚變計劃選擇了多束直線感應加速器作為驅動器。高功率微波和自由電子激光方面，直線感應加速器產生了重要的研究成果。在高能物理和能源科學領域，直線感應加速器也有潛在的應用，如超級束團強子對撞機、中微子工廠/μ介子對撞機、散裂中子源和次臨界反應堆。
參考資料 >
加速器原理-直線感應加速器.百度文庫.2024-11-11
對于我國投入基于SSMB的EUV技術，大家怎么看?.知乎.2024-11-11
加速器科學發展的里程碑.微信公眾平臺.2024-11-11