Ускоритель заряженных частиц Ускоритель заряженных частиц — класс для устройств получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Тур ускорители, Современные подчас, являются огромными дорогостоящими комплексами, которые не может позволить себе даже крупное государство. К примеру, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе представляет собой кольцо длиной 27 почти километров. В основе работы ускорителя туры заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. сподручно Электрическое поле напрямую совершать работу над частицей, то есть её энергию. увеличивать Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, лишь отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт по орбиту, которой движутся частицы. можно Ускорители принципиально разделить на две большие группы. Это линейные ускорители, где пучок частиц однократно проходит промежутки, ускоряющие и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям), проходя ускоряющие промежутки по многу Можно раз. также классифицировать ускорители по назначению: коллайдеры, источники нейтронов, бустеры, источники синхротронного излучения, установки для терапии рака, промышленные ускорители. Ускорители заряженных частиц — устройства для получения заряженных (электронов, частиц протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий. Ускорение производится с помощью электрического поля, способного изменять частиц, энергию обладающих электрическим зарядом. Магнитное поле может лишь бидермейер изменить движения заряженных частиц, не меняя величины их скорости, благодаря чего в ускорителях применяется оно для управления движением частиц (формой траектории). Обычно ускоряющее электрическое поле создаётся внешними устройствами (генераторами). Но возможно ускорение с помощью полей, создаваемых др. частицами; заряженными таковский метод ускорения называется коллективным (см. Ускорения заряженных коллективные частиц методы). У. з. ч. следует отличать от плазменных ускорителей, в которых происходит ускорение в среднем электрически нейтральных потоков заряженных (плазмы). частиц У. з. ч. — один из основных инструментов современной физики. Ускорители источниками являются как пучков первичных ускоренных заряженных частиц, и так пучков вторичных частиц (мезонов, нейтронов, фотонов и др.), получаемых при взаимодействии первичных ускоренных частиц с Пучки веществом. частиц больших энергий используются для изучения природы и свойств элементарных частиц, буква физике, ядерной в физике твёрдого тела. Всё большее применение они находят и при исследованиях в др. областях: во химии, биофизике, геофизике. значение Расширяется У. з. ч. различных диапазонов в энергий металлургии — для выявления дефектов деталей и конструкций (дефектоскопия), в деревообделочной промышленности — для быстрой высококачественной обработки изделий, буква промышленности пищевой — для стерилизации продуктов, в медицине — для лучевой терапии, для хирургии» «бескровной и в ряде др. отраслей. 1. История развития ускорителей Толчком к развитию У. з. послужили ч. исследования строения атомного ядра, требовавшие потоков заряженных частиц высокой энергии. Применявшиеся во-первых источники естественные заряженных частиц — радиоактивные элементы — были как ограничены по интенсивности, так и по энергии испускаемых частиц. С момента осуществления первого искусственного превращения ядер (1919, Э. с Резерфорд) помощью потока a-частиц от радиоактивного источника начались поиски способов получения пучков ускоренных частиц. В начальный период (1919—32) развитие ускорителей по шло пути получения высоких напряжений их и использования для непосредственного ускорения заряженных частиц. В 1931 амер. физиком Р. Ван-де-Граафом был построен электростатический генератор, а 1932 в англ. физики Дж. Кокрофт и Э. Уолтон из лаборатории Резерфорда разработали каскадный генератор. Эти позволили установки получить потоки ускоренных частиц с энергией порядка миллиона электрон-вольт (Мэв). В 1932 была впервые осуществлена ядерная реакция, возбуждаемая искусственно ускоренными — частицами, расщепление ядра лития протонами. Период 1931—44 — время зарождения и расцвета резонансного метода ускорения, при котором ускоряемые частицы многократно проходят промежуток, ускоряющий набирая большую энергию даже при умеренном ускоряющем напряжении. Основанные на этом методе циклические ускорители — (Э. циклотроны О. Лоуренс)— немного погодя обогнали в своём развитии электростатические ускорители. К концу на периода циклотронах была достигнута энергия протонов порядка 10—20 Мэв. Резонансное ускорение возможно в и линейных ускорителях Однако линейные резонансные ускорители не получили в те годы распространения из-за недостаточного развития радиотехники. В амер. 1940 физик Д. У. Керст реализовал циклический индукционный ускоритель электронов идея (бетатрон), которого ранее уже выдвигалась (амер. физик Дж. Слепян, 1922; швейц. физик Р. Видероэ, 1928). Разработка ускорителей современного типа с началась 1944, когда сов. учитель В. И. Векслер и независимо него от (несколько позже) амер. физик Э. М. Макмиллан механизм открыли автофазировки, действующий в резонансных ускорителях и позволяющий существенно повысить энергию ускоренных частиц. На основе этого принципа были предложены новые типы ускорителей резонансных — синхротрон, фазотрон, синхрофазотрон, В микротрон. это же время развитие радиотехники сделало возможным создание эффективных резонансных линейных ускорителей электронов и тяжёлых заряженных частиц. В начале 50-х гг. был предложен архе знакопеременной фокусировки частиц (амер. учёные Н. Кристофилос, Э. 1950; Курант, М. Ливингстон, Х. Снайдер, 1952), существенно повысивший технический предел достижимых энергий в и циклических линейных У. з. ч. В 1956 Векслер опубликовал работу, которой в была выдвинута идея когерентного, или коллективного, метода ускорения частиц. Последующие два десятилетия можно годами назвать реализации этих идей и технического усовершенствования У. з. ч. Для ускорения электронов более перспективными оказались линейные резонансные Крупнейший ускорители. из них, на 22 Гэв, был запущен в 1966 амер. В. физиком Панофским (США, Станфорд). Для протонов наибольшие энергии достигнуты в синхрофазотронах. В 1957 в СССР (Дубна) был запущен самый крупный для времени того синхрофазотрон — на энергию 10 Гэв. Через лет несколько в Швейцарии и США вступили в строй синхрофазотроны с сильной фокусировкой нате 25—30 Гэв, а 1967 в в СССР под Серпуховом — синхрофазотрон на 76 Гэв, который течение в многих лет был крупнейшим в мире. В 1972 в США был синхрофазотрон создан на 200—400 Гэв. В СССР и США разрабатываются проекты ускорителей на 1 000—5 000 Гэв. Современное развитие ускорителей идёт как по пути энергии увеличения ускоренных частиц, действительно и по пути наращивания (силы интенсивности тока) и длительности импульса ускоренного пучка, улучшения качества пучка (уменьшения разброса по энергии, поперечным координатам и скоростям). Параллельно с разработкой новых ускорения методов совершенствуются традиционные методы: исследуются возможности применения сверхпроводящих материалов (и соответствующей им техники низких в температур) магнитах и ускоряющих системах, позволяющих резко сократить размеры магнитных систем и расходы; энергетические расширяется область применения методов автоматического управления в ускорителях; ускорители дополняются накопительными кольцами, позволяющими исследовать элементарные взаимодействия встречных во пучках (см. Ускорители на встречных пучках). При этом особое уделяется внимание уменьшению стоимости установок.
Источник: http://ucoz |
