Cтраница 3
Дальнейшее увеличение энергии связано с применением новых методов фокусировки частиц. Например, для достижения энергии 10 ГэВ, протон совершает 4 5 млн оборотов, проходя путь, в 2 5 раза больший, чем расстояние от Земли до Луны. Поэтому необходимо обеспечить такую устойчивость пучка, чтобы небольшие отклонения от равновесной орбиты не приводили бы к потере частиц. Снайдером был открыт новый тип магнитной фокусировки, получившей название сильной или жесткой фокусировки. Они предложили собрать магнит в виде периодически чередующихся секторов, каждый из которых фокусирует частицы по одной поперечной к скорости координате и дефокусирует по другой. [31]
На рис. 22 схематически изображен предложенный Олифантом проект безжелезного кольцевого ускорителя с мягкой фокусировкой, рассчитанного на получение протонов с энергией около 2 Бэв. В качестве инжектора используется фазотрон. Протоны, набравшие в нем энергию 200 Мэв, захватываются на равновесную орбиту кольцевого ускорителя, имеющую радиус всего 150 см, и начинается второй цикл ускорения в кольцевом магнитном поле. [32]
Качественный характер фазовой устойчивости в этом случае таков же, как и у синхроциклотрона, хотя изменение магнитного поля во времени несколько усложняет детальные фазовые соотношения. При постепенном нарастании магнитного поля поддерживается незначительная разность фаз между движением частиц по орбите и изменением напряжения на резонаторе, так что в среднем частицы приобретают некоторую энергию при каждом прохождении ускоряющего зазора. Как и в бетатроне, частицы совершают радиальные и вертикальные колебания вокруг своей равновесной орбиты. [33]
Вес и стоимость магнита синхротрона с данным радиусом орбиты определяются главным образом величиной апертуры, в пределах которой должно быть создано соответствующее магнитное поле. Она в свою очередь зависит от амплитуды радиальных и вертикальных колебаний частиц около их равновесной орбиты. Эти колебания, обусловленные разбросом частиц по углу и энергии при инжекции, рассеянием на остаточном газе при низких энергиях, неодно-родностями магнитного поля и несвоевременным включением ВЧ-напря-жения, должны быть минимальны и не превышать размеров вакуумной камеры во избежание чрезмерных потерь частиц пучка на ее стенках. Из экономических соображений нужно уменьшать амплитуды этих колебаний и, следовательно, сокращать требуемую апертуру. [34]
В случае возникновения таких резонансов пучок будет потерян. Из соотношений, связывающих частоты колебаний и обращения частицы, следует, что значения п, равные, например, 0 2, 0 5 и 0 8, должны быть отброшены, так как они приводят к отношениям частот вертикальных и радиальных колебаний, равным 0 5, 1 и 2 соответственно. Действительный выбор п диктуется экономическими соображениями. При данном угловом отклонении от равновесной орбиты амплитуда колебаний обратно пропорциональна их частоте; поэтому малые значения п приводят к большим вертикальным, а большие п - к большим радиальным амплитудам. [35]
В момент, когда поле на орбите очень мало, электронная пушка инжектирует электроны коротким импульсом в тороидальную камеру, ( при напряжении от 20 до 50 т), после чего они начинают ускоряться. В бетатронах используются питаемые переменным током электромагниты, собранные из ламинированного железа и работающие при частоте от 60 до 1800 гц. Получаемая на данном бетатроне энергия ограничивается насыщением центральной части магнитопровода: как только она начинает насыщаться, орбита сжимается. Пучок электронов может быть сброшен на мишень ( часто ею служит вольфрамовая проволока), смонтированную в вакуумной камере в пределах равновесной орбиты. С помощью специальных обмоток орбита может быть увеличена, поднята, опущена или сжата для того, чтобы при любой энергии электронов их можно было бы вывести на соответствующим образом расположенную мишень. [36]