">
2.4 Циклічні прискорювачі Циклічний прискорювач - один з видів прискорювачів заряджених частинок, в якому частинки під час прискорювального циклу рухаються по траєкторіях, близьким до кола або спіралі. Всі циклічні прискорювачі (крім Бетатрон) резонансні: мікротрон, синхротрон, циклотрон, Фазотрон. У бетатроні частинки рухаються по кільцевій орбіті і прискорюються вихровим електричним полем. У резонансних циклічних прискорювачів прискорення відбувається у високочастотному електричному полі, в прискорюючих проміжках, до яких частинки багаторазово повертаються. При цьому частота звернення частинок і частота коливань електричного поля повинні бути так узгоджені один з одним (резонанс), щоб при кожному наступному обороті частинки проходили прискорює проміжок при одній і тій же рівноважної фазі прискорюючого поля (або поблизу неї). Принцип багаторазового прискорення частинок невеликими електричними полями дозволив прискорювати частинки в циклічному прискорювачі до енергій, вимірюваних сотнями ГеВ і навіть декількома ТеВ. Л. Л. Гольдін.
Циклотрон.
Циклотрон - циклічний прискорювач нерелятівістскіх важких заряджених частинок (протонів, іонів), в якому частинки рухаються в постійному і однорідному магнітному полі, а для їх прискорення використовується високочастотне електричне поле незмінною частоти.
У 1930 році Е. Лоуренсом (США) був створений і перший циклічний прискорювач - циклотрон на енергію протонів 1 МеВ (його діаметр був 25 см). На рис.1 показана перша працююча модель циклотрона. На рис.2 циклотрон наступного покоління, який дозволяв прискорювати протони і дейтрони до енергій в кілька МеВ.
Рис. 44 - Перша працює модель циклотрона
Рис. 45 - С. Лівінгстоун і Е. Лоуренс у 27-дюймового циклотрона, який широко використовувався в експериментальних дослідженнях ядерних реакцій і штучної радіоактивності
Рис. 46 - Схема циклотрона: вид зверху і збоку: 1 - джерело важких заряджених частинок (протонів, іонів), 2 - орбіта ускоряемой частинки, 3 - прискорюють електроди (дуанти), 4 - генератор прискорюючого поля, 5 - електромагніт
Стрілки показують силові лінії магнітного поля). Вони перпендикулярні площині верхнього малюнка
Схема пристрою циклотрона показана на рис.3. Важкі заряджені частинки (протони, іони) потрапляють в камеру з інжектора поблизу центру камери і прискорюються змінним полем фіксованої частоти, прикладеним до прискорювальних електродів (їх два і вони називаються дуантами). Частинки з зарядом Ze і масою m рухаються в постійному магнітному полі напруженістю B, направленому перпендикулярно площині руху частинок, за розкручування спіралі. Радіус R траєкторії частинки, що має швидкість v, визначається формулою,
(1)
де - релятивістський фактор.
У циклотроні для нерелятивістської (?? 1) частки в постійному і однорідному магнітному полі радіус орбіти пропорційний швидкості (1), а період обертання
(2)
т. е. не залежить від енергії частинки. У зазорі між дуантами частки прискорюються імпульсним електричним полем (усередині порожніх металевих дуантов електричного поля немає). У результаті енергія і радіус орбіти зростають. Повторюючи прискорення електричним полем на кожному обороті, енергію і радіус орбіти доводять до максимально допустимих значень. На останньому витку спіралі включається отклоняющее електричне поле, що виводить пучок назовні. Сталість магнітного поля і частоти прискорюючого поля роблять можливим безперервний режим прискорення. Поки одні частинки рухаються по зовнішнім виткам спіралі, інші знаходяться в середині шляху, а треті тільки починають рух.
Недоліком циклотрона є обмеження істотно нерелятівістского енергіями частинок, так як навіть не дуже великі релятивістські поправки (відхилення? від одиниці) порушують синхронність прискорення на різних витках і частинки з істотно збільшеними енергіями вже не встигають опинитися в зазорі між дуантами в потрібній для прискорення фазі електричного поля. У звичайних циклотронах протони можна прискорювати до 20-25 МеВ.
Для прискорення важких частинок в режимі розкручування спіралі до енергій в десятки разів більших (аж до 1000 МеВ) використовують модифікацію циклотрона, звану ізохронним (релятивістським) циклотроном, а також Фазотрон. У ізохронних циклотронах релятивістські ефекти компенсуються радіальним зростанням магнітного поля.
Бетатрон.
Рис. 47 - Схема Бетатрон: а) вид зверху, б) перетин по лінії АА. Показані вектора Е і Н напруженостей електричного і магнітного полів. 1 - електромагніт, 2 - вакуумна камера, 3 - орбіта електрона, 4 - інжектор, 5 - гальмівна мішень, 6 - гальмівне випромінювання
Пер...
