直线感应加速器是由N.Christofilos发明并于1963年在美国劳伦斯利弗莫尔实验室（LLNL）建成的世界第一台此类设备。该加速器能够提供350A的束流、4MeV的能量、300ns的脉宽和100Hz的重复率。它的主要用途是约束等离子体，并用于研究电子束通过大气传输的可能性，长期目标是开发粒子束武器。
历史与发展
直线感应加速器的发展始于美国，随后其他国家也开始跟进。美国研发了多种型号的加速器，包括用于加速质子的ERA加速器、用于自由电子激光（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，美国劳伦斯利弗莫尔实验室研制了用于核武器流体动力学试验闪光X光照相的FXR加速器，这是直线感应加速器首次用于此目的。1990年代，随着全面禁核试的到来，各国加强了闪光X光照相能力的研发。美国能源部建造了DARHT装置，其中包括两台轴线互成90°的20MeV直线感应加速器DARHT-I和DARHT-II。此外，美国还建造了用于重离子聚变研究的小型实验加速器。
苏联的直线感应加速器发展起步较晚，但也在1967年建立了第一台无铁芯的直线感应加速器。俄罗斯实验物理研究院（VNIIEF）利用径向线加速原理建造了LIU系列加速器，用于模拟核爆的强轫致辐射源和强中子源。汤姆斯克理工大学研制了重复频率的直线感应加速器LIU2/3，用于自由电子激光研究。
法国原子能委员会核武器研究中心从1988年开始直线感应加速器研究发展计划。他们建成了用于自由电子激光研究的LELIA加速器，并研制了PIVAIR加速器。全面禁核试后，法国斥巨资研制了与DARHT-I类似的直线感应加速器AIRIX。
英国原子武器机构（AWE）计划建造3台14MV感应叠加型的直线感应加速器，以构成多角度闪光X光照相，预计2010年运行。
日本原子能研究所（JAERI）、高能物理所（KEK）及大阪大学激光工程研究所先后建成用于自由电子激光研究的直线感应加速器。日本长冈技术大学建造了直线感应加速器ETIGO-III，用于X光、高功率微波和烟气脱硫等研究。
德国卡尔斯鲁厄核物理研究中心在美国的帮助下，于1993年建造了基于感应叠加的直线感应加速器KALIF-HELIA，用于强流轻离子束与物质相互作用、X光激光泵浦和惯性约束聚变等研究。
中国的直线感应加速器研究始于1982年，走自主创新的道路，取得了多项成就。1989年研制成功中国首台1.5MeV直线感应加速器；1991年建成3.3MeV加速器，用于曙光一号自由电子激光研究，最大输出功率达140MW；1993年建成中国首台用于闪光X光照相的10MeV直线感应加速器，1995年升级为12MeV；近年来自主研制成功“神龙一号”直线感应加速器，其性能达到国际先进水平。
工作原理
直线感应加速器由注入器、加速组元系统、脉冲功率系统、束输运系统、测控系统及辅助系统组成。注入器产生高品质强流粒子束并注入加速段加速。脉冲功率系统产生高电压脉冲，在加速间隙上形成加速电压。束输运系统确保粒子束稳定传输。直线感应加速器利用经典电磁感应原理工作，即利用磁通量的变化产生感生电动势来加速带电粒子。感应组元可以简单地看作为一个1:1的脉冲变压器。当脉冲发生器产生的脉冲电压输入初级回路时，磁芯产生磁通量的变化，次级回路上产生感应电压，加速间隙区域形成轴对称的轴向感应电场，带电粒子通过时得到加速。无磁芯感应组元采用径向传输线或轴向传输线结构。直线感应加速器由一个或多个感应组元轴向串接组成，这种结构使得加速器结构简单，便于粒子束能量的调整及粒子束的注入与引出。感应电压叠加器（IVA）将多个感应组元的电压感应叠加，形成高电压，可用作粒子束源或负载。
技术进步
直线感应加速器的技术发展经历了多个阶段，早期侧重强流和高峰功率技术，80年代开始发展高平均功率技术和束品质控制技术，90年代后发展MHz重复频率能力和高频磁芯材料技术。强流和高峰功率技术的进步体现在ATA加速器、LIU-30加速器和HERMES-III加速器上。高平均功率技术的发展得益于磁开关技术，ETA-II加速器的平均功率达到了3MW。束品质控制技术解决了强流电子束品质的难题，DARHT-I加速器的束品质显著提高。固体开关调制器技术提高了重复频率，ARM-II调制器可在2MHz重复率下输出脉冲。高频磁芯材料技术使得加速组元能够在MHz重复频率下工作，微晶合金和非晶金属玻璃满足了这一要求。高梯度绝缘体技术提高了绝缘体的击穿特性，适用于高梯度绝缘体。
应用
直线感应加速器广泛应用于科学研究、国防和国民经济领域。闪光X光照相是其主要应用之一，用于核武器初级的流体动力学试验。重离子聚变也是直线感应加速器的重要应用，美国的重离子聚变计划选择了多束直线感应加速器作为驱动器。高功率微波和自由电子激光方面，直线感应加速器产生了重要的研究成果。在高能物理和能源科学领域，直线感应加速器也有潜在的应用，如超级束团强子对撞机、中微子工厂/μ介子对撞机、散裂中子源和次临界反应堆。
参考资料
加速器原理-直线感应加速器.百度文库.2024-11-11
对于我国投入基于SSMB的EUV技术，大家怎么看?.知乎.2024-11-11
加速器科学发展的里程碑.微信公众平台.2024-11-11