德國Max-Plank研究所[6]研制的粉塵加速器 是一個2 MV的靜電加速器，可以將0.026 nm 的帶電粒子加速到1100km/S,粒子材料可以是 金屬、碳或聚合物涂層的橡膠。
Max-Plank研究所在設(shè)備研制初期采用的粉 塵源需要對粒子反復(fù)作用才能使粒子帶電，只有 少數(shù)粒子發(fā)射出去，大部分粒子滯留在充電部分
的底部，從而造成大量粒子損失。圖2所示的粉塵 源是該所設(shè)計的新型粉塵源，具有質(zhì)量?。?.7kg， 舊粉塵源質(zhì)量為2.4kg)、易于操作、貯藏箱重新 裝填粉末快捷等特點，其粒子帶電單次作用即可 完成。表1給出了 Max-Plank研究所使用粉塵靜 電加速器對幾種材料粒子加速的實驗結(jié)果。
表1幾種材料在粉塵加速器加速的實驗結(jié)果比較 Table 1 The experiment results for several materials used by dust accelerator
材料 密度/(kg_m_3) 粒子尺寸/pm 速 S/Oon.s-1)
Fe 7900 0.02—2.50 1.5-80.0
A1 2700 0.05—2.50 1.5-50.0
C 2200 0.20 1.00 1.5 25.0
橡膠 1 100 0.71—0.74 4.0 21.0
橡膠 1 100 1.45 1.71 1.5 8.0
*橡膠 1 100 2.00 2.44 1.5 4.0
*Cu 8900 0.40 1.60 2.0 6.0
* Ag 10500 0.60 2.50 1.5 8.0
*僅在加速電壓20kV下進行，速度由外推獲得。
日本有3臺粉塵靜電加速器[7_9]: —臺是25 kV 粉塵加速器，加速速度小于2km/S;另一臺是東 京大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)研究中心3.75 MV Van de Graaff靜電加速器，通過替換成粉塵源來實現(xiàn)粉 塵加速，加速范圍120km/s;再一臺是日本空 間和航天科學(xué)研究所(ISAS)的粉塵靜電加速器， 加速電壓為100kV。其中，25kV粉塵加速器由于 加速能力限制，已不能滿足實驗要求;3.75 MV Van de Graaff加速器主要用于核材料的中子束模擬及 輻射效應(yīng)等方面的研究，只能部分用于粉塵加速 實驗；100kV加速器專門用于粉塵靜電加速，操 作簡便且費用低，但加速能力要比3.75 MV低。 圖3給出了日本100 kV粉塵靜電加速器的結(jié)構(gòu) 示意圖。采用的粉塵源由德國Max-Plank研究所 提供
過測量帶電粒子在兩個探測器之間的飛行時間即 可獲得粒子速度；同時，探測器與電荷靈敏放大 器連接，通過電荷靈敏放大器的輸出電壓（與粒 子所帶電荷成正比）可獲得粒子電荷。由粒子速 度和電荷可以計算出粒子質(zhì)量、動量以及動能。
當(dāng)100 kV加速器對0.1嘩以下帶電粒子進行 加速時，由于粒子所帶電荷少，致使放大器的輸 出電壓非常小，和放大器本身干擾信號處于同一 量級，粒子電荷難于測量。3.75 MV加速器對于 0.3 nm以下帶電粒子測量困難。
3.75 MV加速器可將lum的碳粒子加速到 10km/s。對3.75MV加速器和100kV加速器的加 速能力進行了實驗比較[9]，結(jié)果表明100kV加速 器加速能力要比3.75 MV加速器低6倍，如圖4 所示。
-a-- Carbon 90kV(L00kV) Carbon 3MVmiT)
圖4 3.75MV加速器和100kV加速器的加速能力比較 Fig. 4 A comparison of accelerating ability between the 3.75MV and the 100kV dust accelerator
美國明尼蘇達州的Concordia大學(xué)擁有1臺 2MV的粉塵粒子加速器。1999年以后，與德國 Max-Plank研究所及英國Kent大學(xué)等合作，開始 進行相關(guān)實驗工作。實驗通常采用15 pm直徑的 鐵粒子，也對0.07 fim和1 pm的銅粒子進行過研 究。設(shè)備可以將1 nm直徑的鐵粒子加速到0.5‰14km/s。包括粒子的產(chǎn)生、加速及實驗在內(nèi)的整 個過程都是在真空條件下進行。
美國的Phillips實驗室和Los Alamos國家實驗 室也通過粉塵靜電加速器開展了一些研究工作。
另外，英國Kent大學(xué)空間科學(xué)與天體物理 中心[1()_13]及俄羅斯薩馬拉大學(xué)也建有靜電粉塵加 速裝置。Kent大學(xué)擁有的2 MV Van de Graaff粉 塵加速器能夠?qū)①|(zhì)量0.044 nm的粉塵粒子加速 到 0.590 km/s。
4討論
盡管粉塵靜電加速設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜且實驗 過程中使用高壓，但在模擬微米級空間碎片超高速 撞擊方面仍然具有無法替代的優(yōu)勢:在整個實驗過 程中無爆炸或輻射產(chǎn)生，可以實現(xiàn)單個粒子的撞 擊，且粒子速度測量方便。更為理想的是，粉塵靜 電加速設(shè)備利用成熟的Van de Graaff加速器，通 過配置粉塵源對加速器進行改造,即可達到加速微 米級空間碎片的目的。
