не випромінювання у електронів будуть в (mp/me) 4? 1 013 разів більше. Тому на синхротронах поки не вдалося прискорити електрони до енергій бoльших 100 ГеВ. Найбільшим сучасним синхротроном є синхротрон в Батавії (США). Він прискорює протони і антипротони до енергії 1 ТеВ=1012 еВ і називається Теватрон. Радіус кругової орбіти в цьому прискорювачі 1 км.
У 80-ті роки ХХ століття було запропоновано відразу декількох проектів будівництва коллайдеров з енергією зіткнення, що досягає десятків ТеВ. Однак складність їх реалізації призвела до того, що в даний час споруджується лише один такий коллайдер, де будуть стикатися протони з сумарною енергією зіткнення 14 ТеВ в системі центру інерції. Він носить назву Великий адронний коллайдер (LHC - Large Hadron Collider) і створюється в CERN.
На рис. 2 показаний фрагмент кільця протонного синхротрона на енергію 7 ТеВ в ЦЕРН (м.Женева, Швейцарія), який входить до складу установки LHC (Large Hadron Collider). Довжина його кільця 26.7 км.
Сінхофазатрон.
синхрофазотрон - циклічний резонансний прискорювач важких заряджених частинок (протонів, іонів), в якому об'єднуються властивості ФАЗОТРОН і синхротрона. Тут керуюче магнітне поле і частота ускоряющего електричного поля одночасно змінюються в часі так, щоб радіус рівноважної орбіти частинок залишався постійним.
Розглянемо дію Лоренцеве сили і розрахуємо енергію протонного прискорювача, що представляє собою кільцевої магніт діаметром 2 км. Між полюсами цього магніту розташована тороїдальна вакуумна камера, в яку інжектувати пучек протонів. Якщо дивитися на прискорювач зверху (рис. 4.6), то пучок протонів рухається за годинниковою стрілкою зі швидкістю?, Близькою до швидкості світла.
На протон діє доцентрова сила, спрямована до центру. Якщо поле спрямовано з площині креслення, то сила Лоренца завжди спрямована до центру.
Рис. 51
Доцентрова сила дорівнює:
де mr - релятивістська маса протона. Так як ця сила обумовлена ??дією магнітного поля, вона дорівнює. Тоді
Оскільки, то можна записати - так би можна розрахувати повну релятивістську енергію протонів:
Зауважимо при цьому, що магнітне поле не збільшує швидкість або енергію частинок. Прискорення протонів здійснюється при кожному їх обороті в кільці за рахунок електростатичного поля, яке діє на короткій ділянці кільця.
Планується побудувати в м Серпухові протонний синхрофазотрон на енергію приблизно 3000 ГеВ (діаметр установки приблизно 6000 м).
У ФАЗОТРОН, мікротронів, синхротронах і синхрофазотронах частки прискорюються до релятивістських швидкостей.
Маса частинки m залежить від її швидкості:
де - маса спокою частинки;- Відношення швидкості частинки до швидкості світла у вакуумі.
Кінетична енергія частинки K:, де - повна енергія частинки;- Енергія спокою частинки.
Імпульс релятивістської частинки
.
Період обертання релятивістської частинки
Радіус кола траєкторії релятивістської частинки
Лінійні прискорювачі.
Лінійні прискорювачі - прискорювачі заряджених частинок, в яких частинка рухається по прямолінійній траєкторії. Лінійні прискорювачі можна розбити на дві категорії - прискорювачі прямої дії і власне лінійні прискорювачі.
Найбільш відомим прискорювачем прямої дії є електростатичний генератор (генератор Ван де Грааф), де частки або іони ядер прискорюються безпосередньо за рахунок одно- або дворазового (в тандемах) проходження різниці потенціалів, що досягає 20000000 вольт. Однак, в таких прискорювачах важко забезпечити енергію частинок більше 40 - 50 МеВ для протонів і для досягнення ще більших енергій використовують власне лінійні прискорювачі.
Рис. 52 - Схема лінійного прискорювача
У лінійних прискорювачах (рис. 53) частка піддається багаторазовому прискоренню, пролітаючи крізь ряд циліндричних трубок, приєднаних до електричного генератору високої частоти (використовують радіочастотні генератори). Пучок частинок рухається уздовж осі трубок. Усередині кожної трубки електричне поле дорівнює нулю. Сусідні трубки мають протилежну полярність. Таким чином, прискорювальне поле знаходиться в зазорах між трубками. Частота генератора і розміри трубок підбираються так, щоб згусток прискорюваних частинок підходив до чергового зазору в той момент, коли полярність трубок змінюється на протилежну. Довжина трубки l, швидкість частинки v і період високочастотного поля T пов'язані співвідношенням l=vT/2. У лінійних прискорювачах частинки можуть прискорюватися також електромагнітної хвилею, що розповсюджується всередині циліндричних порожнин (прискорювачі біжучої хвилі).
Рис. 53 - Стенфордський лінійний прискорювач (...
