假如我想自制一台粒子加速器，应该怎么做？ 第1页

谢题主邀。

我很欣赏题主会有这样的想法，我当年还是高中生的时候，学物理只是为了考竞赛，从没有上手做加速器的想法。既然有了这个想法，那就绝对不能被扼杀在萌芽中。不过动手前，你应该看看如何回答下面的几个问题：

1. 你要做哪种加速器？直线or回旋？
2. 你想用哪种带电粒子？
3. 你如何聚拢粒子束？
4. 你能用多大的电压加速？
5. 你如何探测你加速后的粒子？
6. 你如何降低粒子在空气中的能损？

下面我给出部分相关信息，供题主参考。

哪种带电粒子？

既然是要做加速器，那么就需要有粒子源。我倾向于建议你选择电子，因为较早的低能加速器“阴极射线管”，就是我们生活中最为广泛使用的“加速器”。比如老式的荧光屏电视，可以说就是由这种电子束管组成。大部分80和90后小时候看电视，其实就是对着“加速器“看的。

关于电子如何产生， 请参考下方知友@王尔东 的回答，非常详细，我就不献丑了。上面这个教具的好处在于（我怎么成推销员了[捂脸]），你不只是可以观察到电子的路径，还可以通过附加电场和磁场来观察电子的路径变化。

当然，也不是说没有其他安全的粒子源可供选择。比如镅-241，就是我们日常生活中经常会遇到的 粒子放射源，不过它比较隐蔽，我们很难注意到它的存在。

上图中就是镅-241“躲藏”的地方：电离传感烟雾报警器。镅-241衰变后产生的 粒子动能约为5.5MeV，其在空气中会产生电离。而烟雾报警器中的小型电离室，在两端加了电压的情况下，可以收集电离后的电子和正离子，从而产生电流。但当空气中开始弥漫起烟雾时，正离子会被烟雾中的颗粒吸附，从而阻断正离子的收集，干扰电流的形成。下图是这种烟雾报警器的工作原理图：

所以，如果你想要做粒子加速器，那么买一个电离传感烟雾报警器吧，然后拆了它。你无需太过担心镅-241的放射性，5.5MeV能量的粒子，在空气中也只能走几公分，更射不穿你的皮肤。当然，作为放射源还是要妥善保管的，千万不要被家里的小弟弟小妹妹吃掉。操作的时候也尽量使用镊子，或者戴上手套，以免沾染后间接摄入体内。

如何聚拢粒子束？

有了粒子源后，还需要考虑到束流聚焦的问题。在大型粒子加速器中，通常是用超导四极磁铁，来完成这项工作的。想必你的粒子动能很小，那么就不需要超导磁铁了，买些稀土磁铁自制四极磁铁就可以了：

上图是我读研期间，用稀土磁铁组成的磁四极子，其中部空间的磁力线分布如图左下所示。根据我当时的模拟及实验结果，这套系统的聚焦能力，对5.5MeV的低能 粒子有点差强人意，不过如果你用电子源的话，想必是完全没问题的。下图是对低能 粒子聚焦的模拟结果，

细心的你应该会发现，模拟的示意图中，有很多组的四极磁场。这是因为，在四极磁场中，带电粒子在一个方向上被聚焦的同时，在另一个正交方向上会被发散。所以需要多组不同聚焦方向的磁场，来组成完整的聚焦系统。更多的信息，请参考我的另一个回答：

如何探测粒子？

这个问题的回答可以有很多，我说一个比较有趣的：数码相机中的CMOS图像传感器，亲测可用！而且我推荐你同时去玩一下Arduino的微处理器，搭配CMOS传感器，可以通过像素点的位置，来得出粒子射在传感器上的具体位置。顺便呢，还可以练习一下编程。毕竟搞物理的，都会考虑下后路（逃

我还在读研的时候，曾经带着一批高中生“设计” 粒子的散射实验，当时用的就是某款CMOS传感器。镅-241放射出的粒子打在传感器上，可以在对应的像素点上产生信号。下图为当时用程序记录下的累计信号分布：

如何降低空气中能损？

就像上面提到的，空气中电离会使得带电粒子损失能量。既然要在加速中避免这种情况的发生，那就得考虑如何营造出接近真空的环境了。所以，为了降低能损，你需要一个高压锅。

我没有开玩笑，高压锅的确是你所能接触到的，性价比较高的一种真空装置了。当时带高中生做 粒子散射实验时，就搞了一个高压锅来做“真空室”。当然了，你还需要一个真空泵。以及，给锅里的加速器装置，钻一个接线孔。

扯了这么多，主要还是希望题主可以保持积极性。未来的可能有很多，既然当下你有这个冲动，那就去尝试下。看一看相关的书本，查一查相关的信息，即使不动手，也可以多了解一些知识。未来，当你步入社会的时候，确实需要为了生计而奔走。但当下，你还不需要考虑这些。加油吧，少年。