Прискорення електронів по схемі розрізного мікротрона або схожою з нею в даний час використовується для генерації пучків електронів великої енергії в безперервному режимі. Справа в тому, що прискорювачі, як правило, працюють в імпульсному режимі, т. Е., Наприклад, електрони в них прискорюються протягом короткого временнoго проміжку? T, коли можливе прискорення, після чого слідує порівняно тривала пауза для повернення в режим нового циклу прискорення.
Період часу Т між циклами прискорення зазвичай багато більше тривалості електронного імпульсу (Т gt; gt;? t). Характерна величина D =? T/T, званої робочим циклом,? 10-3. Таким чином, для фізичних експериментів вдається використовувати лише? 0.1% часу роботи прискорювача.
Прискорення електронів по схемі розрізного мікротрона дозволяє здійснити безперервний режим роботи прискорювача, коли D рівний або близький до одиниці.
Це досягається безперервністю режиму роботи основної прискорювальної структури (лінійного прискорювача), розташованої між розділеними частинами постійного магніту мікротрона.
У мікротроні безперервної дії вся прискорювальна камера заповнена електронами, що знаходяться на всіх стадіях прискорення - від початкової (тобто з найменшою енергією) до максимально можливої. Безперервний режим роботи такого прискорювача дозволяє використовувати для експериментів весь час його роботи і, тим самим, підвищити кількість актів досліджуваного взаємодії за фіксований час в? 1/D103 раз, що особливо важливо для дослідження рідкісних подій.
Найбільшим прискорювачем електронів, працюючим в безперервному режимі (D=1) є прискорювач Національної лабораторії ім. Томаса Джеферсона (TJNAF) у м Ньюпорт-Ньюс (США).
Він використовує надпровідні прискорювальні структури і дозволяє прискорювати електрони до енергії 5.71 ГеВ. Струм його електронного пучка 200 мкА.
Енергетичне дозвіл? E/E=2.5 * 10-5.
Синхротрон.
Рис. 50 - Схема синхротрона
Синхротрон - кільцевий циклічний прискорювач заряджених частинок, в якому частинки рухаються по орбіті незмінного радіусу за рахунок того, що темп наростання їх енергії в прискорюючих проміжках синхронизован зі швидкістю наростання магнітного поля на орбіті. Він дозволяє прискорювати як легкі заряджені частинки (електрони, позитрони), так і важкі (протони, антипротони, іони) до самих великих енергій. В даний час всі циклічні прискорювачі на максимальні енергії - це прискорювачі синхротронного тип (їх принцип запропонований в 1944 р В. Векслером (СРСР) і незалежно в 1945 р Е. Макмилланом (США).
У синхротронах (рис. 1) магнітне поле змінне і частинки рухаються по одній і тій же замкнутої траєкторії, багаторазово проходячи прямолінійні проміжки з прискорюючою електричним полем радіочастотного діапазону. Частинки, що збільшують свою енергію, утримуються на фіксованій орбіті за допомогою наростаючого поля потужних відхиляють (у тому числі і надпровідних) кільцевих магнітів. Для утримання часток на орбіті постійного радіусу темп наростання поля синхронизован з темпом наростання енергії часток (звідси походить назва цього типу прискорювача). По досягненні максимального магнітного поля прискорені частинки або направляються на нерухому мішень, або (у коллайдерах) стикаються із зустрічним пучком, після чого цикл прискорення повторюється. У синхротронах є два типи чергуються кільцевих магнітів: отклоняющие двополюсні (дипольні), що утримують частинки на орбіті, і фокусують четирёхполюсние (квадрупольні). Останні фокусують частки (як лінзи світло), збираючи їх у вузький пучок, що циркулює у вакуумній камері.
Коли швидкість частинки близька до швидкості світла, співвідношення між кінетичною енергією частинки Е і радіусом траєкторії R має в системі СІ вид
=cqHR (1)
де H - величина напруженості магнітного поля, а q - заряд частинки. Тому максимально досяжна енергія частинки пропорційна радіусу траєкторії і величиною магнітного поля. Скоротити розміри установки можна, збільшуючи величину поля, а вона обмежена ефектом насичення металу (звичайно, заліза), використовуваного в якості матеріалу сердечника електромагніту. У найсучасніших прискорювачах, у цьому зв'язку, використовуються електромагніти з котушкою з надпровідного матеріалу, що працюють при температурі рідкого гелію.
Синхротрони використовують як для прискорення важких заряджених частинок (протонів, іонів), так і для прискорення електронів. Однак у випадку електронів при високих енергіях стають істотними втрати ними енергії на випромінювання (зване синхротронним) при криволінійному русі по орбіті. Потужність синхротронного випромінювання Р для релятивістської частинки наступним чином залежить від її маси m енергії Е і радіусу траєкторії R:
~ (2)
Таким чином, якщо електрони і протони однакових енергій, рухаються по орбітах одного радіуса, то втрати енергії на синхротрон...
