Движение - ускоряемая частица
Cтраница 1
Движение ускоряемой частицы ( протона, электрона) в циклических ускорителях в действительности является сложным. Дело в том, что наличие квазиупругих сил, возвращающих частицу на орбиту ( если частица почему-либо отклонится от предвычисленной орбиты, составленной из дуг радиуса г mv / eB ( t, R)), и пропорциональных отклонениям х и z, приводит к тому, что ускоряемая частица в процессе своего движения колеблется около предвычисленной орбиты. Эти колебания называются бетатронными ( так как первоначально были исследованы для движения электронов в бетатроне) или свободными. [1]
Это поле изменяется синхронно ( в резонанс) с движением ускоряемых частиц. При столь больших энергиях электронов линейные резонансные ускорители оказываются более перспективными, чем циклические. Иначе обстоит дело в отношении ускорителей протонов и других, более тяжелых частиц. [2]
В зависимости от характера воздействия ускоряющего поля на частицу и от формы траектории движения ускоряемой частицы существующие ускорители могут быть разделены на четыре основные группы. [3]
В современных ускорителях больших энергий скорости, которых достигают частицы, уже очень близки к скорости света. Но ведь все расчеты движений ускоряемых частиц основаны на применении второго закона Ньютона в форме (3.30), и результаты, которые дают эти расчеты, подтверждаются опытом работы ускорителей. Таким образом, весь опыт работы ускорителей подтверждает, что второй закон Ньютона в форме ( 3.3 Q) справедлив для быстрых движений вплоть до скоростей, очень близких к скорости света. [4]
В циклотронах положительные ионы, испускаемые каким-либо источником, ускоряются резонансно с изменяющимся магнитным полем. Частицы с более высокой энергией не могут быть получены на циклотронах из-за значительного увеличения массы движения ускоряемой частицы, тогда как условие постоянства массы является одним из принципов конструирования циклотронов. [5]
В этих ускорителях энергия частиц увеличивается под влиянием переменного электрического поля сверхвысокой частоты Это поле изменяется синхронно ( в резонанс) с движением ускоряемых частиц. При столь больших энергиях электронов линейные резонансные ускорители оказываются более перспективными, чем циклические. Иначе обстоит дело в отношении уекори-телей протонов и других более тяжелых частиц. [6]
Здесь проблемы высоковольтной изоляции не существует, так как приращение кинетической энергии происходит многократно в малых по величине электрических полях. Поэтому размеры ускорителей получаются несравненно меньшими, а устройства могут быть весьма мобильными. Для получения электронов с энергиями выше 7 - 10 Мэв высокочастотные ускорители являются практически единственно возможными типами ускорителей. Для ускорения электронов в высокочастотных полях резонаторов и волноводов используется явление резонанса между движением ускоряемых частиц и частотой колебаний ускоряющего электромагнитного поля. Поэтому сверхвысокочастотные ускорители называются резонансными. [7]
Одним из научных центров, где рождается будущее атомной энергетики, можно назвать Объединенный институт ядерных исследований. Как отметил директор этого института Д. И. Блохинцев, основное внимание ученых здесь сосредоточено на изучении физики высоких энергий и элементарных частиц. Для этого ученые имеют такие мощные средства исследований, как фазотрон на 680 Мэв, синхрофазотрон на 10 млрд. эв. Фазотрон состоит из огромного электромагнита, между полюсами которого находится камера, из которой выкачан воздух. Чтобы судить о размерах этого устройства, достаточно сказать, что магнит весит несколько тысяч тонн, а камера имеет объем в десятки кубических метров. Воздух из камеры выкачивается для того, чтобы он не препятствовал движению ускоряемых частиц. [8]
 |
Схематическое изображение бэватропа - гигантского протонного синхротрона радиационной лаборатории Калифорнийского университета. [9] |
Нептуний, калифорний и другие элементы, обладающие более высокими атомными номерами по сравнению с ураном, называются трансурановыми элементами. Их получают путем бомбардировки 238U и 239Ри сильно ускоренными частицами, такими, как а-частицы, ионы углерода и ионы азота. Заряженные частицы могут быть ускорены различными методами, и для этой цели было сконструировано и построено большое число дорогостоящих установок. Путь, по которому движутся частицы в ускорителе, может быть прямым или изогнутым; в соответствии с этим различают линейные ускорители и циклотроны. В циклотроне многократно используется один и тот же ускоряющий промежуток и частицы движутся от центра по спирали со все возрастающей скоростью. Поскольку действие магнитов ускорителя должно простираться на всю зону движения ускоряемой частицы, для получения частиц с высокой энергией требуются исключительно большие и дорогие магниты. [10]
Страницы: 1