梅晓春发表取代王贻芳大型粒子对撞机的理论( 二 )

因此梅晓春和俞平得出的结论是，加速度不是带电粒子产生辐射的本质原因，相对论运动的不稳定性才是带电粒子产生辐射的真正原因。带电粒子的辐射实际上是一种应变反应，由此产生辐射阻尼力，帮助粒子调整运动轨道。就像火箭发动机喷射气体，帮助火箭调准姿态和运动轨道。梅晓春和俞平还指出，稳恒电流通过直线导体时，电阻会发热发光，其微观本质是韧致辐射。即电子接近晶格上的原子核时，原子核对其减速导致的辐射。文章详细讨论了产生韧致辐射的条件，证明韧致辐射的本质是相对论效应。即原子核随机热运动干扰了电子的轨道，使电子不得不通过辐射来使其运动可以继续。同时证明天线辐射的本质也是韧致辐射，天线末端的原子核使运动电子快速减速，导致电子辐射。由此可以统一地解释原子内绕核做加速运动的电子不辐射，以及导体内电阻热辐射的微观机制，它们都与电子在电磁场中相对论运动的稳定性有关。按照这种理解，带电粒子在同步回旋加速器运动时，主要由于磁场的不均匀性，以及其他的干扰因素，会使粒子偏离圆周运动轨道，形成所谓的轨道横向振荡。现有高能粒子同步回旋加速器采用各种扇形磁铁，比如直边扇形、螺旋扇形和分离扇形磁铁，产生的都是不均匀磁场。再比如电子被注入回旋加速器时，角度的偏差也会产生对圆形轨道的偏差，如此等等。这些因素都会引起被加速粒子的束流轨道发生歧变，如图1中的波浪形轨道。这种轨道振荡是同步回旋加速器中带电粒子辐射的主要原因。当粒子的运动速度非常接近光速时，对轨道的微小偏离就可能使粒子的速度变成虚数或超过光速。粒子就不得不通过辐射来纠正运动状态。而在直线加速器和感应加速器中，电子的相对论运动是可能的，电子一般不需要辐射。

实验已经证明，在同步回旋加速器的圆形储存环中，刚开始将粒子束注入时，由于横向运动，粒子是分布在整个环形轨道的截面上，并且出现强烈的同步辐射。随着同步辐射的减弱，横向振荡的幅度逐渐减小，粒子的运动轨道向中间的圆形轨道靠拢，变成稳定的圆周运动。粒子束在储存环中的横向面积不断减小，粒子束的亮度增加。当粒子束的截面减小到一定的程度后，就不再辐射。此后再次将粒子注入储存环，通过这种累计，使粒子束的密度大大提高。如果按照现有的辐射理论，带电粒子的辐射由加速度决定，粒子在储存环中横向振荡幅度减小，沿标准圆周运动后，由于向心加速度不变，则仍然要大量辐射。因此粒子的轨道仍然是不稳定的，最后都会与束流管壁碰撞而消失，带电粒子就不可能在束流管中稳定存在，或者说粒子不可能被储存。然而事实并非如此，同步回旋加速器的储存环能够储存粒子，这个事实恰恰说明，粒子在加速器中沿标准圆周运动时是不辐射的。因此只要消除干扰因素，使带电粒子在同步回旋加速器中的相对论轨道运动达到稳定，就有可能消除同步辐射，建造出低同步辐射甚至无同步辐射损耗的高能同步回旋加速器。在文章的最后部分，梅晓春和俞平提出这种新型同步回旋加速器的一个设计方案。根据电磁学理论，两条平行电流线的电流方向相同时会相互吸引，方向相反时会相互排斥。如图2所示，设两条电流线I1和l2的两端固定，电流方向相同则吸引(b) ，相反则排斥(a) 。

在图3中，两条电流线固定，电流方向和大小相等。在它们的中间有一个电子沿平行方向运动，可以看成电流Ie 。如果电子的运动轨道偏离了中线，两条电流线I就对Ie形成合力，使它回到中线的平衡位置。

按照以上原理，就可以对现有的中小型回旋加速器进行改造，使之变成低辐射损耗，甚至无辐射损耗的高能粒子回旋加速器。图4是这种同步回旋加速器粒子束流管的截面图，沿管壁圆周布置与管道壁平行的直流电流线，被加速的电子e在管道中心沿与纸面垂直的方向运动。图5则是同步回旋加速器的平面俯视图，沿管道圆环的内外壁布置电流线，电流强度为I 。在束流管中间位置上的被加速带电粒子流也可以看成是一条电流线，被夹在两条电流线中间，电流强度为Ie 。