Najveći svjetski akcelerator čestica priprema se za početak. Linearni akceleratori nabijenih čestica. Kako rade ubrzavači optuženih čestica. Zašto su vam potrebni akceleratori nabijenih čestica? Akcelerator čestica za ono što je potrebno

Akceleratori nabijenih čestica
Akceleratori.

Akceleratori nabijenih čestica - Instalacije za ubrzanje nabijenih čestica za energije pod kojima se mogu koristiti za fizičko istraživanje, u industriji i medicini. Sa relativno niskim energijama, ubrzane čestice koriste, na primjer, za dobivanje slike na ekranu televizora ili elektrona mikroskopa, generiranje rendgenskih zraka (evalene epruvete), uništavanje ćelija raka, uništavanje bakterija. Pri ubrzanju nabijenih čestica za energije koje su prelazile 1 megaelektronvolt (MEV), koriste se za proučavanje strukture mikrokata (na primjer, atomsko jezgra) i prirodu osnovnih snaga. U ovom slučaju, akceleratori nabijenih čestica obavljaju ulogu izvora probnih čestica koje zvuče proučavani objekt.

Uloga akceleratora u modernom fizičkom eksperimentu ilustrira se uzorka. Collimatirani snop testnih čestica iz akceleratora usmjeren je na proučavani fini cilj koji sadrži, na primjer, kernel hemijskog elementa, a ciljane ciljane čestice ili druge proizvode njihove interakcije s ciljanim jezgrama registrira se od strane detektora ili sistem detektora. Analiza eksperimentalnih rezultata daje informacije o prirodi interakcije i strukture objekta u studiju.
Potreba za korištenjem akceleratora za studiju takvih mikrokata kao atomske jezgre i elementarne čestice nastaju zbog sljedećeg. Prvo, atomske jezgre i elementarne čestice zauzimaju male površine prostora (r< 10 -12 см), и проникновение в эти области требует высокой разрешающей способности (а значит и энергии) зондирующего пучка, обеспечивающей взаимодействие отдельной пробной частицы с отдельным микрообъектом. Во-вторых, чем меньше микрообъект, тем он прочнее и проведение экспериментов с перестройкой или разрушением внутренней структуры такого объекта также требует всё большей энергии.
Znajući da se veličina objekta proučavaju, lako je procijeniti energiju testnih čestica potrebnih za proučavanje. Čestice imaju svojstva valova. Talasna dužina čestica ovisi o svom pulsu p i daje formuli de Brogao

Ovdje je Hlankink stalan, a 1 FM \u003d 10 -13 cm. Gore navedena formula također daje odnos između talasne dužine relativističke čestice i njene kinetičke energije e u mega-elektronvoltu.
U eksperimentu rasipanja, struktura objekta postaje "vidljiva" (na primjer, difrakcije malova za gutljanje), ako je de Broglie talasna dužina uporediva ili manja od veličine (radijusa) objekta R, I.E. na λ. < R. Kada koristite elektron unutar kernela, moguće je "izgled", ako će elektronska energija premašiti 100 MEV. Da biste posmatrali strukturu nukleona, elektronska energija već bi trebala izračunati gigaelectronvolt (1 Gev \u003d 10 9 EV).
Ubrke se razlikuju u vrsti ubrzanih čestica, karakteristike snopa (energije, intenziteta itd.), Kao i dizajnu. Najčešći akceleratori elektrona i protona, jer su grede ovih čestica najlakše pripremiti. U modernim akceleratorima namijenjenim studiju elementarnih čestica, mogu se ubrzati i povećati efikasnost korištenja energije čestica njihovih snopova u nizu instalacija, nazvana sudarima, nakon završetka ciklusa akceleratora, sudaranje (nadolazeći paketi).
Bilo koji gacElerator sastoji se od tri dijela - sustavi u kojima su "ubrzani čestici (injektor), sustav akceleratora, gdje se sa niskim energijama iz injektira (obično formiraju u obliku lokaliziranog u prostoru grozdova) povećavaju energiju na dizajn i transport Sistem u visokom vakuumu. Izlazni) snop do eksperimentalne instalacije.
Uvjetno, sa stanovišta putanje, prema kojima se čestice kreću tijekom procesa ubrzanja, ubrzavači se mogu podijeliti u dvije klase - linearno (i direktno) i ciklično. U linearnim akceleratorima, čestice u procesu ubrzanja kreću se ravno, a u cikličnoj - bilo na istoj zatvorenoj stazi, više puta prolazeći iste ubrzavajuće praznine (sinhrotrons) ili duž putanje, ili duž putanje, nalik spiralnoj spiralu (ciklotroni, mikrotroni, fazotroni) .

Sadržaj članka

Akcelerator česticainstalacija u kojoj se usmjerene grede elektrona, protona, jona i drugih punjenih čestica s energijom značajno prelazi toplinsku energiju dobivaju se pomoću električnih i magnetnih polja. U procesu ubrzanja povećavaju se brzine čestica, a često na vrijednosti bliske brzine svjetlosti. Trenutno se u medicini (zračno terapija) koriste u medicini (zračenje), kao i u industriji (na primjer, za ION implantaciju u poluvodiču). Najveći akceleratori uglavnom se primjenjuju u naučne svrhe - za ispitivanje subnuklearnih procesa i svojstava elementarnih čestica.

Prema kvantnom mehaniku, snop čestica, poput svjetlosne grede, karakterizira određena talasna dužina. Što je veća energija čestica, to je manje ta talasna dužina. I manja talasna dužina, manje predmeti koji se mogu istražiti, ali veća je veličina akceleratora i to je teže. Razvoj mikrovalnih studija zahtijevao je sve veću energiju sondiranja snopa. Prvi izvori visokih emisija energije bili su prirodne radioaktivne supstance. Ali oni su istraživačima dali samo ograničen skup čestica, intenziteta i energije. U 1930-ima, naučnici su počeli raditi na kreiranju instalacija koje bi mogle dati raznovrsnije grede. Trenutno postoje akceleratori za dobivanje bilo koje vrste visokih energetskih emisija. Ako je, na primjer, potreban rendgenski rendgenski zračenje ili gama, zatim su elektroni izloženi ubrzanju, koji tada emituju fotone u procesima kočenja ili sinhrotron zračenja. Neutroni se generiraju bombardiranjem odgovarajuće ciljne intenzivne gomile protona ili deuteruna.

Energija nuklearnih čestica mjeri se u elektronskom utotu (EV). Elektronski sadržaj je energija koju nabijene čestice stječe, noseći jednu osnovnu naknadu (elektron), kada se kreće u električnom polju između dvije točke s potencijalnom razlikom u 1 V. (1 EV "1,60219H 10 -19 j.) Akceleratori omogućavaju primanje energije u rasponu od hiljada do nekoliko trilijuna (10 12) elektrona - na najvećem svjetskom akceleratoru.

Da biste otkrili retke procese u eksperimentu, potrebno je povećati omjer signala na buku. Ovo zahtijeva sve intenzivnije izvore zračenja. Prednja ivica modernih tehnika akceleratora određena je dva glavna parametra - energijom i intenzitetu čestica snopa.

Moderni akceleratori koriste brojne i različite vrste opreme: visokofrekventni generatori, velike brzine elektronike i automatske upravljačke sustave, složeni dijagnostički i upravljački uređaji, ultrapirajuća oprema, moćna precizna magneta (i "obična" i kriigne) i složeno podešavanje i složeno podešavanje Sistemi za pričvršćivanje.

Osnovni principi

Glavna shema ubrzanja čestica predviđa tri faze: 1) formiranje snopa i njenog ubrizgavanja, 2) ubrzanje snopa i 3) gomile proizvode na cilj ili implementaciju sudara na samom grede u samom suzbijanju.

Formiranje snopa i njenog ubrizgavanja.

Početni element bilo kojeg akceleratora je injektor u kojem postoji izvor usmerenog protoka čestica sa niskom energijom (elektroni, protoni ili drugi ioni) i visokonaponske elektrode i magneti, izlaz iz izvora i formiranje. U izvorima protona prvih akceleratora, vodonik gasovit prošao je kroz električno pražnjenje ili u blizini vruće teme. U takvim uvjetima, atomi vodika gube svoje elektrone, a neke jezgre ostaju - protoni. Takva metoda (i slična drugim gasovima) u poboljšanom obliku i dalje se koristi za dobivanje greda protona (i teških jona).

Izvor formira snop čestica, koji karakteriše prosječna početna energija, struja snopa, njegove poprečne dimenzije i srednje ugroženo divergencije. Emitacija se poslužuje kao pokazatelj kvalitete ubrizganog snopa, I.E. Proizvod radijusa snopa na njegovom kutnom divergenciji. Što je manja iznos, veća kvaliteta konačnog snopa čestica sa visokom energijom. Analognom s optikom struje čestica podijeljenih s emisijom (što odgovara gustoći čestica podijeljenih s kutnim divergencijom), naziva se svjetlinom snopa. Mnoge primjene modernih akceleratora zahtijevaju maksimalnu moguću svjetlinu greda.

Ubrzanje grede.

Širina se formira u komorama ili se ubrizgava u jednu ili više komora za gašenje u kojima električno polje povećava brzinu, pa stoga energija čestica. U prvom, najjednostavnijim akceleratorima, energija čestica povećala se u jakom elektrostatičkom polju stvorenom unutar veće vakuumske komore. Maksimalna energija koja je istovremeno postignuta određena je električnom čvrstoćom izolatora za akcelerator. U mnogim modernim akceleratorima elektrostatički akceleratori elektrona i jona iona još se koriste kao injektori (do iona uranijuma) sa energijama od 30 KEV do 1 Mev.

Dobivanje visokog napona i danas ostaje složen tehnički problem. Može se dobiti, grupa za punjenje kondenzatora koji se paralelno povezuje, a zatim ih uzastopno uzastopno povezuje na slijed ekipe. Na ovaj način, 1932. godine, J. Kocroft i E.olton primili su napone do 1 MV. Značajan praktičan nedostatak ove metode je da je na vanjskim elementima sustava visoki napon, opasan za eksperimentatore.

Druga metoda dobivanja visokog napona izmišljena je 1931. godine R. WA-de grafoma. U grafy generatoru Van-de Graphy (Sl. 1), dielektrična traka prenosi električne troškove iz izvora napona pod potencijalom zemlje, na visoko naponsku elektrodu, na taj način povećavajući svoj potencijal u odnosu na zemlju. Jednostepeni van De Gra grapha Generator omogućava vam primanje napona do 10 mV. U višenaponskim akceleratorima visokog napona, dobijeni su protoni sa energijama do 30 MEV-a.

Ako je potreban neprekidni snop, a kratki puls visokoenergetskih čestica, tada možete koristiti činjenicu da su izolatori sposobni da ukine mnogo viših napona (manje mikrosekundi). Puls diode omogućavaju dobivanje napona do 15 mV na kaskadu u shemama sa vrlo niskom impedancijom. To vam omogućuje da dobijete struje snopa u nekoliko desetaka kilospera, a ne u desetinama miliampera, kao na elektrostatičkim akceleratorima.

Uobičajena metoda dobijanja visokog napona temelji se na shemi generatora impulsa Marxa, u kojem se bateriju kondenzatori prvo pune paralelne, a zatim su spojeni uzastopno i ispuštaju se nakon jednog praznine. Visoko naponski impuls generatora ulazi u dugu liniju koja stvara puls postavljanjem vremena povećanja. Linija je učitana elektrodama ubrzavajući gredu.

Sa visokofrekventnim ubrzavajućim naponom, dizajn akceleratora može izdržati mnogo jače električne polje bez lomljenja nego sa stalnim naponom. Međutim, upotreba visokofrekventnih polja za ubrzavanje čestica otežava činjenicu da se polje znak brzo mijenja i polje se ispostavi da se ubrzava, a zatim usporavanje. Krajem 1920-ih predložene su dva načina prevladavanja ove poteškoće koja se sada koriste u većini akceleratora.

Linearni akceleratori

Mogućnost korištenja visokofrekventnih električnih polja u dugim akceleratorima višesloja zasniva se na onome što se polje mijenja ne samo na vrijeme, već i u prostoru. U bilo kojem trenutku, snaga polja varira sinusoidno ovisno o položaju u prostoru, I.E. Terenska distribucija u svemiru ima oblivu talasa. I u bilo kojem prostoru, ona se na vrijeme mijenja sinusoidno. Stoga se polje Maxima kreće u prostoru takozvanim fazom. Shodno tome, čestice se mogu kretati tako da se lokalno polje ubrzava stalno.

U sustavima linearnog akceleratora, visoka frekvencija prva su prva nanesena 1929. godine, kada je norveški inženjer R. Videroe ubrzao ioni u kratkom sustavu povezanih visokofrekventnih rezonatora. Ako se rezonatori izračunaju tako da je fazna brzina polja uvijek jednaka brzini čestica, a zatim u procesu njegovog pokreta u akceleratoru, paket se neprekidno ubrzava. Kretanje čestica u ovom slučaju je poput kliznog surfera na grebenu vala. Istovremeno, brzine protona ili jona u procesu ubrzanja mogu se uvelike povećavati. U skladu s tim, fazna brzina velerije treba povećati v. Faze. Ako se elektroni mogu ubrizgati u akcelerator brzinom blizu brzine svjetlosti saU ovom režimu, fazna brzina je gotovo konstantna: v. faze \u003d. c..

Drugi pristup koji eliminira učinak usporavanja faze visokofrekventnog električnog polja zasnovan je na korištenju metalnog dizajna, zaštititi snop s polja u ovo poluvrijeme. Prvi put je ova metoda primijenila e.Lorence u Ciclotron ( vidi dolje); Koristi se i u linearnom akceleratoru Alvareza. Potonje je dugačka vakuumska cijev u kojoj se nalaze niz metalnih košulja. Svaka cijev je dosljedno povezana s generatorom visokofrekventnosti kroz dugačak redak, uz to, brzinom blizu brzine svjetlosti, val ubrzanja napona (Sl. 2). Stoga se sve cijevi zauzvrat pokazuju da budu visoke. Naplaćeni čestici koji odlaze iz injektora u pravom trenutku ubrzava se u smjeru prve cijevi, stječući određenu energiju. Unutar ove cijev se odvaja čestica - kreće se u stalnoj brzini. Ako je duljina cijevi ispravno odabrana, ona će se izvući u trenutku kada ubrzava napetost napredovala je jednom talasne dužine. Istovremeno, napon na drugoj cijevi također će se ubrzati i iznosi stotine hiljada volti. Ovaj se proces ponavlja više puta, a u svakoj fazi čestica prima dodatnu energiju. Da bi se pokret čestica sinkrono s promjenom u polju, dužina cijevi trebala povećati u skladu s tim, dužina cijevi treba povećati. Na kraju će brzina čestica dostići brzinu, vrlo blizu brzine svjetlosti, a granična dužina cijevi bit će konstantna.

Promjene prostornog polja nametaju ograničenje na privremenu strukturu snopa. Polje ubrzanja mijenja se unutar gomile čestica bilo koje krajnje dužine. Stoga, dužina gomile čestica mora biti mala u usporedbi s talasnom dužinom ubrzanja visokofrekventnog polja. U suprotnom, čestice će ubrzati različito unutar sata. Previše energije u snopu ne samo povećava poteškoće u fokusiranju snopa zbog prisutnosti kromatske aberacije u magnetskim sočivima, ali ograničava mogućnost korištenja snopa u određenim zadacima. Raštrkanja energije također može dovesti do zamagljenosti gomile čestica snopa u aksijalnom smjeru.

Razmotrite gomilu nerelativističkih jona koji se kreću po početnoj brzini v. 0. Uzdužne električne moći uzrokovane prostornim punjenjem ubrzavaju glavu dijela snopa i usporite rep. Sinkroniziranjem pokreta Crcke Clut sa visokim frekvencijskim poljem moguće je postići veće ubrzanje repa kvačila od glave. U takvom usklađivanju faza ubrzavajućeg napona i grede moguće je izvršiti faaming faza - nadoknaditi odštetu učinka prostornog naboja i širenja energije. Kao rezultat toga, u određenom intervalu vrijednosti središnje faze gomile primećuju se centriranje i oscilacija čestica u odnosu na određenu fazu održivog kretanja. Ovaj fenomen, zvani Autofazit, izuzetno je važan za linearne akceleratore jona i modernih cikličkih akceleratora elektrona i jona. Nažalost, autofaska se postiže cijenom smanjenja koeficijenta punjenja akceleratora na vrijednosti, mnogo manjih jedinica.

U procesu ubrzanja, gotovo sve grede otkrivaju tendenciju da povećaju radijus iz dva razloga: zbog međusobne elektrostatičke odbojnosti čestica i zbog širenja poprečnih (termičkih) brzina. Prvi trend slabi se povećanjem brzine snopa, jer magnetno polje stvoreno strujom snopa, komprimira snop i u slučaju relativističkih greda gotovo nadoknađuju defokalni učinak prostornog naboja u radijalnom smjeru. Stoga je taj efekt vrlo važan u slučaju jonskih akceleratora, ali gotovo je beznačajan za elektroničke akceleratore u kojima se paket ubrizgava relativističkim brzinama. Drugi učinak povezan s izborom snopa važan je za sve akceleratore.

Možete zadržati čestice u blizini osovine pomoću četvornih magneta. Istina, jedan četvorolopni magnet, fokusiranje čestica u jednom od aviona, u drugi su defokulirali. Ali ovdje pomaže principu "snažnog fokusa", Otvori E.Kuratt, S. Livhingston i H. Snider: Sistem dva četvorolopne magnete, odvojene intervalom raspona, a naizmjenično fokusiranje i delokuzija na kraju pruža fokusiranje Svi avioni.

Drift epruvete se i dalje koriste u protonskim linearnim akceleratorima, gdje se energija snopa povećava od nekoliko megaelektrike na oko 100 MEV. U prvim elektroničkim linearnim akceleratorima kao što su akcelerator izgrađeni u STANford univerzitetu (USA), korištene su i kopanje konstantne dužine, jer je paket ubrizgan u energiji od oko 1 MEV. U modernijim elektronskim linearnim akceleratorima, čiji je primjer duže od 3,2 km duže od 3,2 km, izgrađen u centru Stanford-a linearnim akceleratorima, princip "elektromonskog surfanja" na elektromagnetskom valu koristi se na elektromagnetskom valu na elektromagnetskom valu, koji Omogućuje vam ubrzavanje snopa sa povećanjem energije gotovo 20 MEV na jednom metru ubrzavajućeg sustava. U ovom se gaeleratoru, visokofrekventna snaga na frekvenciji od oko 3 GHz generira veliki elektrovacrum instrumenti - Klystron.

Protonski linearni akcelerator na najviše energije izgrađen je u Nacionalnoj laboratoriji Losalalammos na PC-u. Novi Meksiko (SAD) kao "Meson fabrika" za dobivanje intenzivnih peonila i muona. Njeni bakreni rezonatori stvaraju ubrzanje polja reda 2 MEV / M, tako da daje pulsni snop na 1 MA protonu s energijom 800 MEV.

Ubrzati ne samo protone, ali teške ioni su razvijeni superprekidni sistem visokih frekvencija. Najveći superprovodni proton linearni akcelerator služi kao mlaznica za gašenje na glava Hera u njemačkoj elektroničkoj sinkrotronskoj laboratoriji (Desi) u Hamburgu (Njemačka).

Ciklični akceleratori

Proton Ciclotron.

Postoji vrlo elegantan i ekonomičan način za ubrzanje snopa više puta komunicirajući s malim dijelovima energije. Da biste to učinili, sa jakim magnetskim poljem, snop se prisiljava za kretanje kružnog orbita i istovremeno preuzme isti ubrzavajući jaz. Ova metoda je prvi put implementirana 1930. godine E.Lurens i S. Livhingston u Ciklotronu izmišljeni. Kao i u linearnom akceleratoru s driftnim cijevima, snop je zaštićen od djelovanja električnog polja u taj pola razdoblja kada polako djeluje. Naplata čestica sa masom m. i naplatiti tUŽILAC WHITING - PITANJE:kreće se brzinom v. u magnetskom polju H.usmjeren okomito na svoju brzinu, opisuje u ovom polju krug s radijusom R. = mV/qh. Budući da ubrzanje dovodi do povećanja brzine v., povećava i radijus R.. Stoga se protoni i teški ioni kreću duž spiralne spirale sve većeg polumjera. Sa svakom prometom u orbitu, paket prolazi kroz jaz između dangs - visokonaponske šuplje elektrode u obliku slova D, gdje na njemu radi visokofrekventno električno polje na njemu (Sl. 3). Lawrence je shvatio da vrijeme između prolaska snopa kroz jaz u slučaju ne-relativističkih čestica ostaje konstantno, jer se povećanje njihove brzine nadoknađuje povećanjem radijusa. Kroz dio žalbenog razdoblja, kada visokofrekventno polje ima neprimjerena faza, snop je izvan jaza. Učestalost cirkulacije daje se izražavanjem

gde f. - učestalost naizmjeničnog napona u MHz, N. - Snaga magnetske polje u TL, i mc. 2 - Masa čestica u MEV-u. Ako vrijednost H. Konstanta u području gdje se događa ubrzanje, frekvencija f.Očito ne ovisi o radijusu.

Ubrzati jone visokim energijama, potrebno je samo da magnetno polje i frekvencija visokonapona napona odgovaraju stanju rezonancije; Tada će čestice biti dva puta za promet kroz jaz između duata u pravo vrijeme. Da bi se ubrzala snop na energiju 50 MEV, s ubrzanjem napona od 10 KEV, bit će potrebno 2500 obrtaja. Radna frekvencija protona Ciklotrona može biti 20 MHz, tako da je vrijeme ubrzanja oko 1 ms.

Kao i u linearnim akceleratorima, čestice u procesu ubrzanja u ciklotu trebalo bi se fokusirati u poprečnom smjeru, jer su inače svi osim onih ubrizganih brzinama paralelno s polnijim vrhovima magneta, ispadaju iz ciklusa ubrzanja. U ciklotu, mogućnost ubrzavanja čestica sa konačnim varijacijama u uglovima osigurava se magnetskom polju posebne konfiguracije u kojoj su ih snage koje vraćaju u ovu ravninu primjenjuju na čestice koje dolaze iz aviona orbite.

Nažalost, prema zahtjevima stabilnosti gomile ubrzanih čestica, komponenta fokusiranja magnetnog polja trebala bi se smanjiti sa sve većim radijusom. I to je u suprotnosti s uvjetom rezonancije i dovodi do efekata koji ograničavaju intenzitet snopa. Drugi značajan faktor koji smanjuje mogućnosti jednostavnog ciklotra relativistički je rast mase, kao neophodna posljedica povećanja energije čestica:

U slučaju ubrzanja protona, sinhronizam će se prekršiti zbog relativističke dobiti od oko 10 MEV-a. Jedan od načina za održavanje sinhronizma je modulirati frekvenciju ubrzavanja napona tako da se smanjuje kako se radijus orbita povećava i povećava brzinu čestica. Frekvencija bi trebala varirati po zakonu

Takav sinkronizirani ciklotron može ubrzati protone u energiju nekoliko stotina megaelektrola. Na primjer, ako je čvrstoća magnetskog polja 2 tale, frekvencija treba smanjiti sa oko 32 MHz u trenutku ubrizgavanja na 19 MHz i manje kada se dosegne energija 400 MEV. Takva promjena frekvencije ubrzavanja napona treba se pojaviti preko nekoliko milisekundi. Nakon što čestice dosegnu najveću energiju i izlazi iz akceleratora, frekvencija se vraća u svoju početnu vrijednost i akcelerator uvodi novu gomilu čestica.

Ali čak i s optimalnim dizajnom magneta i najboljim karakteristikama visokofrekventnog napajanja, mogućnost ciklotrna ograničeno je na praktična razmatranja: za držanje u orbiti ubrzanih čestica s visokom energijom, izuzetno veliki magneti. Dakle, masa ciklotronskog magneta na 600 MEV, izgrađena u laboratoriji trijumfa u Kanadi, prelazi 2000 tona, a troši struju oko nekoliko megavata. Troškovi izgradnje Siciklotrona je približno kocka radijusa magneta. Stoga, za postizanje viših energija sa praktički prihvatljivim troškovima zahtijeva nove principe ubrzanja.

Proton Synchrotron.

Visoka cijena cikličkih akceleratora povezana je s velikim radijusom magneta. Ali možete držati čestice u orbitu sa stalnim radijusom, povećavajući napetost magnetnog polja dok se njihova energija povećava. Linearni akcelerator ubrizgavao je u ovu orbitu snop čestica relativno male energije. Budući da je zadržavanje polja potrebno samo u uskoj regiji u blizini orbite snopa, nema potrebe za magnetima koji pokrivaju cijelo područje orbite. Magneti se nalaze samo duž vakuumske komore prstena, što daje ogromnu uštedu troškova.

Takav pristup proveden je u protonom Synchrotronu. Prvi akcelerator ove vrste bio je "Cosmod" na energiji 3 GEV (Sl. 4), koji je počeo raditi u nacionalnoj laboratoriji Brookhaven 1952. godine u Sjedinjenim Državama; Uskoro je slijedio "Bevatron" na energiji 6 GEV-a, ugrađen u laboratoriju. Lawrence of Californian University u Berkeleyu (SAD). Izgrađen posebno za otkrivanje antiprotona, radilo je 39 godina, pokazujući izdržljivost i pouzdanost akceleratora čestica.

U sinhrotronima prve generacije, izgrađene u SAD-u, Velikoj Britaniji, Francuskoj i SSSR-u, fokusiranje je bilo slabo. Stoga je amplituda radijalnih oscilacija čestica u procesu njihovog ubrzanja bila velika. Širina vakuumskih komora bila je otprilike 30 cm, a u tome je sve ista, potrebno je pažljivo nadzirati konfiguraciju magnetnog polja.

Godine 1952. napravljeno je otkriće, što je omogućilo oštro smanjuje fluktuacije snopa, a samim tim, veličina vakuumske komore. Bio je to princip snažnog ili tvrd, fokus. U modernim protonskim sinkrotronzovima sa superprovodnim četvornim magnetima koji se nalaze pod jakom shemom fokusiranja, vakuumska komora može biti manja od 10 cm u promjeru, što dovodi do značajnog smanjenja veličine, troškova i potrošnje električne energije za fokusiranje i odbijanje magneta.

Prvi sinhrotron zasnovan na ovom principu bio je "sinhrotron sa varijabilnim gradijentom" na energiji od 30 GEV u Brookhevenu. Slična instalacija je izgrađena u laboratoriji Evropske organizacije nuklearne istraživanja (CERN) u Ženevi. Sredinom 1990-ih oba su akcelerata još uvijek bila u funkciji. Otvor "sinhrotron sa varijabilnim gradijentom" iznosio je oko 25 puta manje od onog "Cosmoda". Ponar koji potroši magnet na energiji od 30 GEV približno je odgovarao energiju koju je potrošio magnet "Cosmod" u 3 GEV. "Sinhrotron s varijabilnim gradijentom" ubrzao je 6h 10 13 protona u impulsu, što je odgovaralo najvećem intenzitetu među postavkama ove klase. Fokusiranje u ovom akceleratoru izvelo je isti magneti kao što je snop odstupanje; To je postignuto naglaskom na obrascu magneta prikazanog na Sl. 5. U modernim akceleratorima za odstupanje i fokusiranje snopa, u pravilu se koriste zasebni magneti.

Dakle, u eksperimentima s odmaranjem cilja na "Tevatronu", korisna energija je samo 43 gev.

Želja za upotrebom u studijama čestica kao što je moguće visokih energija dovela je do stvaranja u CERN-u i laboratoriju. E.FERMI protonski-antiproton Collositers, kao i veliki broj instalacija u različitim zemljama sa positronskim gredama od kontra elektrona. U prvom protonu Collorder, sudar protona i antiprotona sa energijama 26 GEV-a odvijao se u prstenu, a dužina kruga 1,6 km (Sl. 6). Za nekoliko dana bilo je moguće akumulirati snopove sa trenutnim do 50 A.

Trenutno je sudarder sa najvišom energijom "Tevatron", na koji se izvijaju eksperimenti sa sudarom greda protona koji imaju energiju 1 TEV, sa kontra-bugom antiprotona iste energije. Za takve eksperimente potrebni su antiproton, koji se mogu dobiti, bombardiranjem visokoenergetskog protonskog snopa iz metalnog metala metala. Antiprotoni rođeni u tim sudarima nakupljeni su u zasebnom prstenu na 8 GEV energije. Kada se sakuplja dosta antiprotona, ubrizgavaju se u "glavni prsten", oni su ubrzani na 150 gevsa i dalje ubrizgane u tevatron. Ovdje se protoni i antiprotoni istovremeno ubrzavaju za potpunu energiju, a zatim šire sudare. Ukupan puls sukobljenih čestica je nula, pa sve energije 2 E. Ispada da je korisno. U slučaju Tevatrona, doseže gotovo 2 TEV-a.

Najveća energija među elektronskim paluimarima postignuta je na "velikom elektronsko-pozitronom za skladištu" u CERN-u, gdje je energija sudarnih greda u prvoj fazi bila 50 GEV na paketu, a zatim do 100 GEV na paketu . U desima je izgrađen sudar Gera u kojem se pojavljuju sudari elektrona sa protonima.

Ovaj ogromni energetski dobitak postiže se cijenom značajnog smanjenja u vjerojatnosti sudara između čestica nalazećim gredama niske gustine. Učestalost sudara određuje se svjetlinom, I.E. Broj sudara u sekundi, popraćen reakcijom ove vrste koji ima određeni odjeljak. Svjetlost linearno ovisi o energiji i struji snopa i obrnuto je proporcionalno svom radijusu. Beam Energy of the Collerder izabran je u skladu s energetskom skalom fizičkih procesa u studiju.

Da bi se osigurala najveća svjetlost, potrebno je postići maksimalnu moguću gustoću greda na mjestu njihovog sastanka. Stoga glavni tehnički zadatak u dizajnu Colkladira fokusira grede na mjestu njihovog sastanka na mjestu vrlo malih veličina i povećanju struje snopa. Da bi se postigla željena svjetlost, struje više od 1 A. Možda će biti potrebne.

Drugi izuzetno složen tehnički problem odnosi se na potrebu da se ultrapijev vakuum u ultrapiju u Kolekcionaru. Budući da se sudari između čestica greda javljaju relativno rijetko, sudari sa preostalim molekulama plina mogu značajno oslabiti grede, smanjujući vjerojatnost da se proučavaju interakcije. Pored toga, raspršivanje greda na preostalom plinu daje nepoželjnu pozadinu u detektoru, sposobnim za prikrivanje proučarenog fizičkog procesa. Vakuum u komori Collider trebao bi biti u roku od 10 -9 -10 -7 PA (10 -11-10 -9 mm Hg. Art.) Ovisno o svjetlosti.

Na nižim energijama možete ubrzati intenzivnije elektronske grede, što omogućava istraživanje rijetkih propadanja. U- I. Do- Potone uzrokovane elektroslovnim interakcijama. Nekoliko takvih instalacija, ponekad naziva "tvornice aroma", trenutno se grade u SAD-u, Japanu i Italiji. Takve instalacije imaju dva kumulativna prstena - za elektrone i za pozitre koji se presijecaju u jednoj ili dvije točke - područja interakcije. Svaki prsten sadrži mnogo komada čestica s potpunom strujom više od 1 A. Energije greda odabrano je s takvim proračunom tako da korisna energija odgovara rezonanci, koja raspada kratkotrajne čestice - U- ili Do- Sezone. Dizajn ovih instalacija je elektronski sinhrotron i kumulativni prstenovi.

Linearni pasiceri.

Energija cikličkih elektronskih teretnica ograničena je na intenzivnu sinhrotron zračenje, koje se emitira snopovima ubrzanih čestica ( vidi dolje). Ovaj nedostatak nije u linearnim pasiderima, u kojim se sinhrotron zračenje ne utječe na postupak ubrzanja. Linearni setrider sastoji se od njihovih dva linearna akceleratora za visoke energije, od kojih su visoko intenzivne grede - elektronički i pozitron - usmjereni su jedni prema drugima. Proširene su pronađene i kontraniraju samo jednom, nakon čega su ispušteni u apsorbere.

Prvi linearni sudari je "Stanford Linear Collerder", koristeći linearni akcelerator Stanford sa dužinom od 3,2 km i radom u energiji 50 GEV. U sistemu ovog sudaraca, grozdovi elektrona i positrona ubrzavaju se u istom linearnom akceleratoru i odvojene su postignućem punih energetskih greda. Tada se elektronički i pozitronski ugruši zasebne lukove, čiji oblik podseća na cijev medicinskog stetoskopa i fokusira se na promjer od oko 2 μm u polju interakcije.

Nove tehnologije.

Potraga za ekonomičnije metode ubrzanja dovela je do stvaranja novih ubrzavajućih sistema i visokofrekventnih generatora velike snage, koji rade u frekvencijskom rasponu od 10 do 35 GHz. Svjetlost elektron-pozitrona bile bi trebala biti izuzetno visoka, jer presjek procesa smanjuje se kao kvadrat energije čestica. Prema tome, to i gustoća greda moraju biti izuzetno visoki. U linearnom sudaru o energiji od oko 1 TEV, veličine greda mogu dostići 10 Nm, što je mnogo manje od veličine greda u "Stanford Lineary Collider" (2 μm). Sa tako malim veličinama greda, potrebne su vrlo moćni stabilni magneti sa složenim elektronskim automatskim regulatorom za precizno podudaranje sa elementima za fokusiranje. Tokom prolaska elektronskih i pozitronskih greda jedno u drugoj, njihova električna interakcija je neutralizirana, a magnetska je poboljšana. Kao rezultat toga, magnetna polja mogu dostići 10.000 T. Takva divovska polja su u stanju da se snažno deformišu grede i dovode do velike rasipanje energije zbog stvaranja sinhrotron zračenja. Ovi efekti, zajedno sa ekonomskim razmatranjima povezanim sa izgradnjom sve prošle mašine, postavit će se ograničenje energije na elektroničke pozitrone Colligers.

Elektronski pogoni

Elektronski sinhrotroni zasnivaju se na istim principima kao i protok. Međutim, zahvaljujući jednoj važnoj funkciji, oni su lakši za tehničke izraze. Malost elektronske mase omogućava vam da ubrizgavate snop brzine blizu brzine svjetlosti. Stoga, daljnje povećanje energije nije povezano s primjetnim povećanjem brzine, a elektronski sinhrotroni mogu raditi na fiksnoj frekvenciji ubrzavanja napona ako se snop ubrizgava energijom od oko 10 MEV.

Međutim, ova prednost se smanjuje drugom posljedicom e-mase. Budući da se elektron kreće duž kružne orbite, kreće se s ubrzanjem (centripetalnom), a samim tim emitira fotone - zračenje, koje se zove sinhrotron. Snaga R Radilacija sinhrotrona proporcionalna je četvrtom stepenu energije snopa E. i trenutna I., kao i obrnuto proporcionalan polumjeru prstena R.pa je proporcionalna veličina ( E./m.) 4 IR. -Ne. Ova energija koja se gubi u svakom prometu elektronskog snopa u orbiti, treba nadoknaditi visokofrekventnim naponom koji se isporučuje u brzine praznine. U izračunatoj na velikim intenzitetima "tvornice arome" takvi gubici moći mogu dostići desetine megavata.

Ciklični akceleratori vrste elektronskih sinhrotrona mogu se koristiti i kao pogoni velikih cirkulirajućeg struja sa stalnom visokom energijom. Takvi pogoni imaju dvije osnovne primjene: 1) u studijama kernela i elementarnih čestica metodom nadolazećih greda, kao što je gore spomenuto, kao i izvori sinhrotron zračenja, atomska fizika, hemijska, biologija i medicina .

Prosječna energija fotona sinhrotron zračenja je proporcionalna ( E./m.) 3 R. -Ne. Dakle, elektroni s energijom od oko 1 GEV koji kruži u akumulatoru emitiraju intenzivnu sinhrotron zračenje u ultraljubičastom i rendgenskim opsegu. Većina fotona emitirana je u užem vertikalnom uglu reda m./E.. Budući da se radijus elektronskih greda u modernim pogonima za energiju od 1 GEV mjeri se desetinama mikrometara, grede koje emitiraju rendgenske zrake karakteriziraju visoku svjetlinu i stoga mogu poslužiti kao moćna sredstva za proučavanje strukture tvari . Zračenje se emitira tangenta na Curvilinear putanju elektrona. Shodno tome, svaki odmrzavajući magnet elektronskog kumulativnog prstena kada se elektronski ugrušak prođe kroz njega, stvara odvijanje "reflektora" zračenja. Prikazuje se u dugim vakuumskim kanalima tangent u glavnoj komori za vakuumsku komoru. Smješten u tim kanalima, utora i kolimatori formiraju uske grede, od kojih se poželjni raspon rendgenskog energije razlikuju koristeći monohromatore.

Prvi izvori sinhrotron zračenja bili su postavke, prvobitno izgrađene za rješavanje problema visokoenergetske fizike. Primjer je Stanford Positron-Electronic Drive za energetsku 3 GEV u Laboratoriji Stanford of Sinhrotron zračenje. U ovom trenutku, "fascinirani" mezoni su otvoreni odjednom.

Prvi izvori sinhrotron zračenja nisu posjedovali fleksibilnost koja bi im omogućila zadovoljavanje različitih potreba stotina korisnika. Brzo povećanje potrebe za sinhrotronskom zračenjem s visokim protokom i veliki intenzitet snopa uzrokovao je da su izvori druge generacije dizajnirani tako da udovolje potrebama svih mogućih korisnika. Posebno su odabrani sustavi magneta koji smanjuju emisiju električne grede. Mala emisija znači manje dimenzije snopa i, samim tim, veća svjetlina izvora zračenja. Tipični predstavnici ove generacije bili su pogoni u Brookhevenu, koji su servirali kao izvori rendgenskog zračenja i zračenje vakuum ultraljubičastog područja spektra.

Svjetlina zračenja može se povećati i prisiljavajući snop da se pomakne sinusoidna putanja u periodičnoj magnetskoj strukturi, a zatim kombinirajući zračenje koje se događaju na svakom zavoju. Onudulatori - magnetne strukture koje pružaju takvo kretanje, su serija magnetnih dipola koji odbija snop na malog ugla koji se nalazi u pravoj liniji na osi snopa. Svjetlina zračenja takvog donošenja može stotine puta premašiti svjetlinu zračenja koja nastaje u odbijanju magneta.

Sredinom 1980-ih, počeli su se stvoriti izvori sinhrotron zračenja treće generacije s velikim brojem takvih valutatora. Među prvim izvorima treće generacije moguće je napomenuti "poboljšani izvor svjetlosti" sa 1,5 GEV energije u Berkeleyu, generirajući meke rendgenske zrake, kao i "poboljšani foton izvor" sa Energy 6 GeV u Argonne National Laboratorija (SAD) i sinhrotron za energetiku 6 GEV u evropskom centru za sinhrotron zračenje u Grenoble (Francuska), koja se koriste kao izvori krutih rendgenskih zraka. Nakon uspješne izgradnje ovih instalacija, stvoren je niz izvora sinhrotron zračenja i na drugim mjestima.

Novi korak u smjeru veće svjetline u rasponu od infracrvenog na krutih rendgenskih zraka povezan je s upotrebom "toplih" magnetskih dipola koji se odbija magnetske polje sa magnetskom poljem s magnetskom poljem od oko 1,5 T. i mnogo kraći superprevodnik magnetskih dipola sa poljem u nekoliko Tesla. Ovaj se pristup provodi u novom izvoru sinhrotron zračenja, kreiran na Institutu P. Sheerrera u Švicarskoj, a pri modernizaciji izvora u Berkeleyu.

Upotreba sinhrotron zračenja u naučnom istraživanju stekla je veliki opseg i nastavlja se širiti. Izuzetna svjetlina takvih rendgenskih greda omogućava vam da stvorite novu generaciju rendgenskih mikroskopa za proučavanje bioloških sistema u njihovom normalnom vodenom medije. Mogućnost brze analize strukture virusa i proteina za razvoj novih farmaceutskih priprema sa uskim fokusom na patogene faktore i minimalne nuspojave. Bright rendgenski snopovi mogu poslužiti kao moćne mikroproprodu za identifikaciju najoznačajnih količina nečistoća i kontaminanta. Oni omogućuju vrlo brzo analizirati uzorke okoliša u proučavanju staza zagađenja okoliša. Oni se mogu koristiti i za procjenu čistoće velikih silikonskih tablica prije skupih procesa izrade vrlo složenih integriranih krugova, a otvaraju nove perspektive za litografiju, omogućujući vam stvaranje integriranih krugova s \u200b\u200belementima manje od 100 Nm.

Akceleratori u medicini

Akceleratori igraju važnu praktičnu ulogu u medicinskoj terapiji i dijagnostici. Mnoge bolničke institucije širom svijeta danas su na raspolaganju male elektronske linearne akceleratore generiraju intenzivne rendgenske zračenje koje se koriste za terapiju tumora. Lijepo koristite cikloton ili sinhrotrone koji stvaraju protonske grede. Prednost protona u liječenju tumora ispred rendgenskog zračenja sastoji se od lokaliziranog oslobađanja energije. Stoga je protonska terapija posebno efikasna u liječenju tumora i očiju mozga, kada bi oštećenje okolnih zdravih tkiva trebalo biti kao minimalno .

Akceleratori nabijenih čestica - Instalacije koje služe za ubrzanje napunjenosti. Čestice do visokih energija. Sa običnom formulacijom, akceleratorima (u.) naz. Instalacije dizajnirane za ubrzanje čestica za energije više \ Mev. Na rekordnom izvornom U. Protoni - Teodarn je dostigao energiju 940 GEV (laboratorija. Fermi, SAD). Najveći akcelerator LEP elektrona (CERN, Švicarska) ubrzava suvlasne grede elektrona i pozitorima energiji od 45 GEV (nakon instalacije, energija ubrzavanja uređaja može se povećati dva puta). W. Široko korišteno kao u nauci (generacija elementarnih čestica, studija njihovih svojstava i unutrašnjih i za primijenjene svrhe (sterilizaciju medicinske opreme, materijala itd., Detekcija mane, proizvodnje mikroelektronike, proizvodnja radiofarmakologije. Pripreme za Medicinska dijagnostika, zračenje terapije, zračenja. Tehnologije u umjetnosti - umjetnosti, polimerizacija lakova, modifikacija materijala, na primjer, guma, čineći cijevi za sušenje topline, itd.).

U svim radnim W. Povećajte troškove energije. Čestice se javljaju pod djelovanjem vanjskog uzdužnog (usmjerenog u brzinu ubrzanih čestica) električnog. Polja. Postoje potraga za metodama ubrzanja sa poljima koje su stvorene drugim pokretnim česticama ili e-poštom. Valovi, koji su uzbuđeni ili izmijenjeni gomilom ubrzanim česticama ili drugim gredama ( metode kolektivnog ubrzanja) . Tijeke za zidolektivne metode omogućuju oštro povećati brzinu ubrzanja (energija stečena na \ m način) i intenzitet greda, ali do sada nisu doveli do ozbiljnog uspjeha.

W. uključuje sljedeće elemente: izvor ubrzanih čestica (elektroni, protoni, antimarticici); Električni generatori. ili EL - Magn. ubrzanje polja; Vakuumsko veće, u kojem se čestice kreću u procesu ubrzanja (u gustom ubrzanju gasova. Čestice su nemoguće zbog svoje interakcije sa molekulama plina); Uređaji koji služe za ulaznu () i oslobađanje (izbacivanje) snopa od y.; Uređaji za fokusiranje pružajući longinude, kretanje čestica bez udarca oko zida vakuumske komore; Magneti, koji zakrivaju putanje ubrzanih čestica; Uređaji za istraživanje i korekciju položaja i konfiguracije ubrzanih greda. Ovisno o značajkama W. jednog ili više navedenih elemenata u njima može biti odsutno.

Za potrebe zračenja. Sigurnost W. okružena je zaštitnim zidovima i preklapanja (biol. Zaštita). Debljina i izbor materijala zaštite ovise o energiji i intenzitetu ubrzanih greda. Energetski akceleratori iznad nekoliko. GEV u sigurnosne svrhe obično se postavlja pod zemlju.

Prema principu uređaja razlikuje W. Direktno djelovanje ili visokonaponski akceleratori (Ubrzanje u postu, električno polje), indukcijski akceleratori (Ubrzanje u vrtloškoj elektrici. Polja koja proizlaze iz promjene Magne. Indukcija) i rezonantna u., u Romima, u ubrzanju koriste se u H EL-u. Polja. Sve važeće W. po izuzetno visokim energijama pripadaju poslednjoj vrsti.

Moderna W. podijeljena su u dvije velike klase: linearni akceleratori i ciklični akceleratori. U linearnom V. Putanje ubrzanih čestica bliske su ravnim linijama. Preko cijele dužine takvih W. nalaze se ubrzavajuće stanice. Najveća od radne linearne W. (elektronička W. u Stanfordu) ima dužinu milja (3,05 km). Linear W. omogućava vam da dobijete snažne struje čestica, ali na visokim energijama su preskupe. U Cyclicku. W. "Vodeći" magn. Polje savija putanje ubrzanih čestica, pretvarajući ih u krugove ( ubrzivači prstena ili sinhrotrons) ili spirale ( cikloton, fazotroni, betatroni i mikrotroni) .Tube U. Sadrži jedan ili više uređaja za ubrzanje, na čestice do Ry-a više puta se vraćaju tokom ubrzavanja, ciklusa.

Treba napomenuti razliku između W. lakih čestica (elektrona i pozitorima), koje se obično nazivaju. Elektronski u., i u. Teške čestice (protoni i joni).

Elektronski akceleratori. Karakteristike elektronike u. povezan sa dva razloga. Brzina elektrona i pozitorima već s malim energijama (nekoliko MEV) (nekoliko MEV) razlikuje se od brzine svjetlosti i obično se može smatrati konstantnom, što značajno pojednostavljuje i smanjuje ga, elektrone i pozitre u Magn-u. Polja gube puno energije na EL - Magn. zračenje ( sinhrotron zračenje). U Cyclicku. W. Ovi gubici vode ili na ogromne veličine U. (sa velikim radijusom zakrivljenosti u smanjenju zračenja sinhrotrona) ili trebaju imati snažne ubrzavajuće stanice, visoko cijenjeno W. Synchrotron zračenjem i stavljanjem, uloga: dovodi do a Smanjenje veličine ubrzane grede olakšava stvaranje pogoniomogućava vam da izvršite iskustva na nalazići grede.

Prsten Electronic U. Koristi se kao izvori sinhrotron zračenja u UV ili Rentg. Domet. Zbog velike gustoće zračenja i njegove akutne orijentacije ciklika. W. su jedinstveni izvori e-pošte. Talasi navedenih raspona. Veliki gubici elektrona o zračenju često su prisiljeni da daju preferencije linearnom u.

Akceleratori teških čestica (Premissovni protoni) su vrlo različiti od elektroničkog u. Gubitka energije na sinhrotron zračenje u njima s dosegnutim u sadašnjosti, vrijeme energije (~ \ TEV) su praktično odsutni i održavaju visoku stopu ubrzanja obično je neprofitaja (jer je energija potrošena na snagu ubrzavanja stanica proporcionalna na kvadrat napona električne energije. Polja se povećava sa povećanjem brzine ubrzanja). Nepostojanje uočljive sinhrotron zračenja dovodi do činjenice da amplituda poprečnih čestica ubrzava u procesu, ciklus blijedi relativno spor (kao kvadratni korijen puls čestica) i otpornost na prijedlog u nedostatku posebnosti. Mjere se krše čak i relativno slabim uznemirenjima. Sve W. Teške čestice o visokoenergiji pripadaju vrsti cikličkog. ^ IV.

90-ih. Akumulativni i suprotni prstenovi postaju sve važniji, u kojim paketima guste naplate. Čestice cirkuliraju dugo, vrijeme bez promjene energije. Takvi se prstenovi koriste za obavljanje reakcija između čestica koje se kreću jedna prema drugoj (brojač brojača) za akumuliranje jona i čestica, direktno u prirodi ne nastaju (pozitre i antiproton), kao i za generiranje sinhrotron zračenja. Kada se interakcija čestica krećući jedni prema drugima može realizirati sav energija koja su ih napala, dok je interakcija ubrzanih čestica sa fiksnim dijelovima, većina energije povezana s kretanjem središta mase čestica i nije uključena u reakcijama.

Istorijska referenca. Razvoj W. počeo je 1920-ih. I bio je usmjeren na cijepanje atomskog jezgara. Prije nego što su drugi stvoreni elektrostatički generatori [R. Van de Graaf (R. van de GRAAF)] i kaskadni generatori [J. Cockroft (J. Cockroft) i E. Walton (E. Walton)], koji pripadaju klasi W. Direktne akcije, a zatim prvi ciklus. Resonant u.- [E. Lawrence (E. Lawrence), 1921]. 1940. D. Kerst (D. Kerst) izgradio je prvi W. Indukz. Tip - Betatron.

U 40-ima Teorijski se pojavio. Radovi, u kojima je istražena stabilnost kretanja ubrzanih čestica. U prvim radovima ovog ciklusa [V. I. Waxler i Amer. Fizičar E. McMillan (E. McMillan)] smatra se stabilnošću uzdužnog (F i S o v O G o) pokreta, načelo je formulirano aetophazovka. Zatim se činilo na stvaranju teorije poprečnog kretanja čestica-beta-prestonskih oscilacija, što je dovelo do otkrića snažnog (naizmeničnog) fokusiranja [N. Christophilos (N. Christophilos), 1950; E. Kuranta (E. Currant), M. Living Ston (M. Livingston), X. Snyder (N. Snyder), 1952] Uobrazgonovši sav SCUS. Veliki u.

Brzi razvoj tehnologije moćan u h radiju. Uređaji koji su se dogodili tokom 2. svjetskog rata 1939-24 omogućili su započeti stvaranje linearnog W. za velike energije. U elektroničkom linearnom W. koju koristi električni. Polje putne valove decimetra raspona u dijafragmiru. Wavecodes, u Protonu - razvijen od strane L. Alversome (L. Alvarez) raspona brojila opterećenih nježnim cijevima. U početku. Spajanje takve vode sve više koriste W. sa Četverostruko fokusiranje visokog frekvencije (Engleski. RFQ oznaka), u stvaranju do-ražnog zemljišta. Uloga je igrala V. V. Vladimirsky, I. M. Kapchain i V. A. Tepljakov.

Prilikom izgradnje biciklističkih lica. W. Pronađite sve više i više upotrebe superprovodnih magneta. Sistemi. U Cycothedronima se koriste superprovodnice za stvaranje posta. Magn. Polja i B. proton Synchrotrons-Za generacija polako (dužine više sekundi) mijenjajući magning. Polja. Dakle, radi najveći od trenutnih protona Synchrotrons-Tevatron (SAD).

Do 80-ih. OSN. Otkrića u fizici elementarnih čestica izvršena su na protonskim sinhrotronima. Sada se mnogi zanimljivi rezultati dobivaju na elektronskim i protonskim antiprotonskim ubrzavačima sa counter greedima (na oko l l i y d e r a x). Prednosti takve W. Prije uobičajenog: 1) stvorenja. povećanje interakcije energije (u sistemu masovnog centra); U ultrarelativističkom slučaju se uvijek odvija na nadolazećim gredama, ova se energija povećava od Sa sudarom brzih čestica sa fiksnim ciljanim jezgrama prije naloga ( t.- masa zbijanja atoma i ciljnih atoma, -Fula energija ubrzanih čestica); 2) Oštro smanjenje pozadine iz vanjskih reakcija. OSN. Nedostatak sudaraca je značajan (po nekoliko naloga) smanjenje broja interakcija (u isto vrijeme). Tehnika prstenova sa šalterom sa šalterom-RON-RON grede savladana je 1961. godine (akcelerator za energetiku 2 x 250 MEV u Frascattiju, Italiji), te instalacije sa protokom i antiprotonskim gredama pojavile su se tek nakon metoda EL El CT predloženi su r o n n o g o (A. M. Budker, 1967) i sa t o x i sa t i ch e c o g o [S. Van der Meer (S. van der Meer), 1972] O X L i Y D E n i i tihih čestica (vidi Rashladne grede HAQ HA C T i C). Više se pažnje posvećuje razvoju nerade. Metode ubrzanja: Kolektivne metode, ubrzanje na otkucajima laserskih polja, ubrzanje u padu polja itd. Početak ovih djela postavio je V. I. Veksler, A. M. Budker i Ya. B. Fainberg. Međutim, O. Na osnovu ovih ideja još nije stvoren.

Ubrzivači direktnih radnji. U ovim W. Charling-om. Čestice povećavaju energiju u trajnom ili kvazipoporou (ne mijenjajući se tijekom tečaja dijelom čestice dobijaju punu energiju) električni. Polja. U ovom slučaju, energija stečena česticama jednaka je njihovoj optužbi pomnoženom razlikama u potencijalima. Maksimalna dostižna energija čestica u W. Direct Actionment određuje se najvećom razlikom u potencijalima (15-18 MB), K-soba se može stvoriti bez kvara u fizičkom. Instalacije. U svim praktički korištenim U. Direktnom akcijom, posljednja elektroda ubrzavajućeg sustava je pod potencijalom zemlje, jer samo u ovom slučaju čestice izvedene iz W. čestica ne gube stečenu energiju.

U. Direktna akcija uključuje elektrostatičku. Generatori, kaskadni generatori i akceleratori za ponovno punjenje (ili tandem u.). Ubrzane čestice u takvom W. se kreću unutar i duž cijevi izrađene od izolata. Materijal (obično porculan), vakuum se kreira unutar roja, što je neophodno za nesmetano kretanje ubrzanih čestica, a vanjsko (pod visokim pritiskom) se ubrizgava pažljivo osušene, oslobođeni se smjese plina kiseonika (najčešće azota sa smjese od kisika) sumpor hexphorus), koji sprečava razvoj električnog. Spava. Ubrzavaju potencijalnu razliku (Sl. 1) između elektroda smještenih na krajevima cijevi. Električni. Polje usmjereno duž osi cijevi jednako je metalu. podijeliti. Prstenovi povezani sa Omičem. Razdjelnik napona.

U slučaju, visoki napon kreira se pomoću brzo pokretne trake izrađene od izolacijskog materijala, na primjer. Guma. U niskom naponu instalacije na traku nanosi električni. Naplata. Ovaj naboj radi na vrpci s metalom. Igle naplaćene od posebnih. Generator do nekoliko. desetine kvadrata. Pokretna traka prenosi naboj u visokonaponski dio U., koji se nalazi unutar šupljeg metala. Kapa. Tamo se naboj uklanja s kasete uz pomoć iste igle i teče iz njih do vanjske površine poklopca. Potencijal poklopca (i cijelu opremu zatvorenu unutar njega, uključujući ion izvor i visokonaponski elektrodu cijevi), jer se troškovi primiju kontinuirano raste i ograničen je na kvar.

Sl. 1. Shema cijevi za akcelerator.

U K i C K A D n Y C N E R A T o R A X Da biste stvorili velike potencijalne razlike, koriste se sheme množenja napona.

U n e r e z a r i d n y x u prvo ubrzao obrnuto. Ioni (atomi koji sadrže višak elektrona), a zatim nakon uklanjanja dva (ili nekoliko) elektrona, - stavite posipanje. Ioni. I izvor i izlazni uređaji takvog W. su pod potencijalom zemlje, a visokonaponski, opremljen elektrodom uređaja sa obimom, nalazi se u CP-u. Dijelovi W. punjivog W. dozvoljeni bez kvara da primimo dva puta (i sa dubljim čvorištem i većim) energetskim vrijednostima.

Indukcijski akceleratori. Na induktere. W. pripada betatron i linearnim induktorima. W.

Sl. 2. Idejni rez betatrona: 1 - magnetni stupovi; 2 -ifikašavanje vakuumske komore prstena; 3 -poznati; 4 - Elektromagnet namotavanje; 5 - Yarmo magnet.

Dijagram betatronskog uređaja prikazan je na Sl. 2. Ubrzane čestice (elektroni) se kreću u vakuumskom komori za prsten 2 Smješten u klirensu elektromagnet ( 1 - Magnetni stubovi). Oni ubrzavaju vrtložni električni. Polje je uzbuđeno kad se Magn promijeni. Protok, prožimajući orbitu ubrzanih čestica. OSN. Dio ovog potoka prolazi kroz jezgru 3 Smješten u centru. Dijelovi Betatrona. Namotavanje 4 Hraniti se na AC. šok. Uključeno konfiguracija. Polja u Betatronu trebala bi poslušati dva uvjeta: 1) magn. Indukcija u centar. Orbita mora odgovarati promjenjivoj elektronskoj energiji; 2) Uključena konfiguracija. Polja u vakuumskoj komori trebaju osigurati stabilnost poprečnog kretanja elektrona ili, kako kažu, stabilnost njih bolje oscilacije (vidi dolje). Oko i ispod komore u obliku prstena u obliku magneta. Stubovi stvaraju polje potrebne za takvu stabilnost, pad na periferiju (Sl. 8, b.).

Ideja metode ubrzanja betatrona izražena je 1922. godine J. Slepian (J. Slepian), osnove teorije razvijene su 1948. godine R. Videroe (R. Wideroe). Prvi Betatron izgrađen je 1940. godine. Jednostavnost i pouzdanost betatrona pružili su svoju široku upotrebu u tehnici i medicini (u polju energije 20-50 MEV).

U linearnim indukcijskim akceleratorima, električne energetske linije. polja (sa napetošću E.) Usmjereno duž osi akceleratora. Električni. Polje je indukočeno u ravnom variranju. Konac koji prolazi kroz jednoprihvaćeni feritni induktori 1 (Sl. 3). Magn. Protok je uzbuđen u njima kratki (desetine ili stotine HC) trenutni impulsi prošli kroz namote jednostavnosti 2 Priložite induktore. Fokus se proizvodi uzdužnim magnijom. Polje, to-raže stvoreno zavojnicama 3 Smješten unutar induktora. Linearna indukcija W. Omogući pribavljanje rekordnih (kilometarskih) struja; Naib Snažni od rada u.- ATA (SAD) - ubrzava elektrone energijom 43 MEV u struj 10 ka. Trajanje trenutnih impulsa 50 HC.

Sl. 3. Linearni indukcijski uređaj akcelerator: 1 -Serringer induktora; 2 - Outsor namotavanje; 3 -Opokazivanje zavojnice.

Resonantni akceleratori. U rezonantnom W. za povećanje troškova energije. Čestice se koriste RF uzdužno električni električni. Polja. Ubrzanje u takvim oblastima moguće je prilikom obavljanja jednog od dva uvjeta: ili ubrzane čestice moraju se kretati zajedno s e-poštom. Val, zadržavajući svoj položaj u odnosu na njega (y s o r i t e l i s b e y y y y u vezi s n o v ili bi trebali komunicirati samo u takvim vremenima. Polje ima željenu (ubrzanje) smjeru i željenu vrijednost (zapravo rezonantna u.). Parcele, na to-raži, zvanu interakcija čestica s poljem ubrzanju. U s do p i u i m i z i z i z o r i m i i l i u s k o r y y i m i p r o mee y u t k a m \u200b\u200bi. Na ostatku puta čestice ne doživljavaju radnje polja HF-a ili zato što jednostavno nije tamo, ili zato što su čestice zaštićene ekranima.

W. Sa trčajnim valom primjenjuju se u OSN-u. Da biste ubrzali čestice pluća (elektroni i pozitorima), brzina u raži nije baš različita kod niskih energija. Fazna brzina el - magn. Valovi u valumu valovima uvijek prelaze brzinu svjetlosti; Učitavanje valovosti sa perforiranim sistemom. Dijafragme, možete usporiti brzinu vala, ali ne baš mnogo. Stoga, za ubrzanje sporih čestica W. ne primjenjuje se s trkačkim valom.

.

Sl. 4. Shema uređaja za akcelerator Videroe: 1 - raspona f cijevi; 2-generator RF fluktuacije; 3 - raspona praznina;

Linearni rezonantni akceleratori. Najjednostavniji rezonant W.- S C k o r i t e e e e (Sl. 4). Raspoređeni metalom snopa. Cijevi pola pridružuju se (nakon jednog) stupovima RF generatora. U ubrzanju praznina (intervali između suprotno nabijenog zupčanika), stvoren je uzdužni električar. RF polje sa naponom reda stotine kvadratnih metara. Čestice pogodne za ubrzanje jaz u pravom trenutku ubrzavaju električno. Polje, a zatim se "sakrijte" u drugu nježnu cijev. Njegova dužina i brzina čestica dogovorene su među sobom tako da su sljedeće čestice za jaz pogodne u to vrijeme kada je električno. Polje ima pravi smjer i veličinu, tj. Istu fazu kao u prethodnom ubrzavanju jaz. Za to je potrebno imati stanje

gdje / gustoća cijev i ubrzavajući jaz; - brzina čestica, izražena u akcijama brzine svetlosti C; -Tlin val e-magn. oscilacije (u praznini); p- Ljubavni cijeli broj. Ubrzani paket je zbog lanca čestica čestica (topa), koji su prošli kroz ubrzavanje praznina sa pravilnim električnim. Polja. Prilikom razvoja strukture linearnog W. važno je pravilno odabrati dužinu ne samo nježne cijevi, već i ubrzavanje praznina. Te bi duljine trebale biti, s jedne strane, dovoljno velike da izdrže primjetne napone (stotine kv, a ponekad megasolta), a s druge strane, prilično je mala, tako da je faza HF oscilacija tokom partiklela ne previše.

Uz povećanje brzine čestica, videroe akceleratori postaju neefikasni i inferiorni od akceleratora Aiars. Oni se ne pridružuju u njih generatoru, već se nalaze jedno u drugoj u dugim cilindriče. Rezonator, El - Magn je uzbuđen u K-ROM-u. Oscilacije. RF polje, K-Rye udaljen je od puno cijevi distribuirani na isti način kao u konvencionalnom rezonatoru, njegova je osovina koncentrirana ubrzavajućim prazninama. Izgled elemenata "ubrzavajući klirens - pole-ubrzavajući jaz", itd. Ostaju isti kao u videroe akceleratorima, ali uvjet (1) uzima

Linearni rezonantni W. učinkovito radi ako se ubrizgavaju sa prilično brzim česticama, unaprijed ubrzanim pomoću W. Direct Action ili pomoću U. sa sigurnosnim fokusom bez znaka. - V.

Ciklotroni- Zverzeri i povijesno prvi W. Cyc-Lich. Vrsta (Sl. 5). U Sovru. Razumijevanje sa ciklotronima pod nazivom Resonant Cyclicks. U., radeći s vodećim Mogn-om na vrijeme. Polje i s poljem, učestalost ubrzavanja RF polja. U običnom cikloturnom maglu. Polje ima azimut i gotovo neovisnu o radijusu; Putanje ubrzanih čestica imaju vrste spiralnih spirala. Konvencionalni ciklotroni koriste se za ubrzanje teških nerelativističkih protona i ionskih čestica. Vakuum Cycotron kamera je ograničena vanjska. Cilindrich zid. Obrasci i dva ravna vodoravno raspoređene poklopce. Stubovi elektromagneta običnih ciklotrona stvaraju u komoru gotovo homogene (pomalo padaju na perifersku) magniju. Polje. Ubrzavajući jaz formira se policama dvije elektrode smještene u komori i pretvorene jedni u drugi oblik šupljih polu-cilindra, - D u a n t. Duangs Pridružite se stupovima visokonaponskih generatora kroz četvrtinu valne linije.

Sl. 5. Dijagram cikloonskih uređaja.

U čestici se kreće oko kruga, Centripetromit važi. Lorentzov moć jednaka centrifugalnoj snazi \u200b\u200bgdje je R radijus zakrivljenosti putanje, Ze.- nosač čestica. T. O nama., Pretvaravši se prikladnijim jedinicama, dobivamo

gde pC- puls performanse čestica r Na brzini svjetlosti sa - Izražava se u Mev, indukcijskom magneru. polje U Meri se u teslasu i r-in m.

Maksimalna energija, postizanje konvencionalnog ciklotrona; Napravi za protone u redu. 20 MEV, i frekvencija ubrzavajućeg polja (sa In \u003d. 2 TL) - OK. 30 MHz. Pri visokim energijama, ubrzane čestice izlaze iz sinkronizma s ubrzavanjem napona zbog smanjenja potrebne za poprečnu stabilnost U Od centra do periferije i zbog relativističkih efekata.

Konvencionalni ciklotroni se široko koriste za dobivanje izotopa i u svim ostalim slučajevima kada su potrebni protoni (ili joni) uz energiju do 20 MEV (ili ~ 20 MEV / nukleon). Ako su potrebni protoni s većom energijom (do nekoliko. Polja. Stabilnost poprečnog kretanja u takvim cikothoteronima osigurava se zbog napuštanja azimuthalne simetrije Magne. Polja i izbor takve konfiguracije, K-Paradium omogućava održavanje otpora kretanja i sa povećanjem (u prosjeku) na periferiju vrijednosti magneta. Indukcija.

Proces ubrzanja u Ciclotronu nastaje kontinuirano: Istovremeno neke čestice ostavljaju samo ion izvor, drugi su na sredini, a treći obrada procesa ubrzanja. Tipična struja interna. Skup u ciklotu je cca. 1 mA, struja uklonjenog snopa ovisi o efikasnosti izbacivanja i iz toplinske stabilnosti izlazne folije; Obično je nekoliko. Desetine MCA.

Fazotroni. U fazotronima magne. Polje je stalno na vrijeme, a njegov cilindrič je sačuvan. Simetrija. Magn. Teren se smanjuje na periferiju, učestalost cirkulacije čestica sa povećanjem njihove energije se smanjuje, a učestalost ubrzanog polja smanjuje se u skladu s tim. Istovremeno, ograničenja u energiji ubrzanih čestica nestaju, ali intenzitet ubrzane grede naglo opaža (po nekoliko. Narudžbe). Promjena frekvencije ubrzavajućeg polja dovodi do činjenice da je proces ubrzanja podijeljen u cikluse: novi dio čestica može se unijeti u fazotron tek nakon što se ubrzanje prethodne serije završi i frekvencija se vraća u Izvorna vrijednost. Uobičajeno radno područje fazotrona iz nekoliko. Sto i hiljade Mev. Uz daljnje povećanje energije, veličina magneta postaje prevelika, a njihova težina i troškovi se povećavaju. Nedavno (90-ih.) Novi fazoronovi nisu izgrađeni. Za energije na nekoliko. Sothela Mev koristi ciklotrone uz azimut varijandu Magn. Polja i za ubrzanje do visokih energija koristite sinhrotrone.

Sinhrotron Prijavite se za ubrzanje čestica svih vrsta: zapravo sinhrotrons za elektrone i sinhrotrone za protone i druge jone (stara imena. - sinhrofasotron, vidi Synchrotron Proton). Energija, čestice u sinhrotronima ubrzavaju se na roj, ograničene na elektrone s snagom sinhrotron zračenja, te za protone i jone samo dimenzijama i troškovima U.

U sinhrotronima konstantne u procesu ubrzanja ostaje orbita, čestice se bave na roj. Lear Magn. Polje se kreira samo uz uski put, prekrivajući vakuumsku komoru prstena, čestica se kreće u roju. Jasno od (3), s poljem. Magn poluus. Indukcija treba povećati udio. Pulse shodične čestice. Učestalost cirkulacije CO (s poljem. Dužina orbite) povezana je s F-loi pulsom

gdje je kvalitet, s K-Roy-om, afrirali bi se u partikuli sinhrotron koji se kreće brzinom svjetlosti. Učestalost ubrzanog polja može se podudarati sa učestalošću cirkulacije čestica ili za cijelo vrijeme (to se zove. Na r i t o s t l) premašiti. O., U elektronskim sinhrotronima (uvijek u Ryyju p \u003e\u003e Mc.) Učestalost ubrzanog polja je konstantna, dok je indukcija Magne. Polja se povećava. U protonskim sinhrotronima, tokom ciklusa ubrzanja, kao indukcija učeju povećava se. Polja i učestalost ubrzavajućeg napona.

Mikrotroni-Ciclich. W. sa post. Magn. Polje i sa povećanjem energije na prometu jednak energiji dubine elektrona (0.511 MEV). Ako se svi priraštaj energije pojavljuju na jednoj kratkoj parceli, a zatim u postu. Magn. Polje čestica kreće se s jednom kružnom orbitom u drugu. Sve ove orbite se međusobno tiču \u200b\u200bna mjestu lokacije ubrzavajućeg uređaja. Elektronska energija u takvom W. dostiže nekoliko. Desetine MEV-a.

Veličine akceleratora. Kompleksi ubrzanja. Dužina linearnog U. utvrđuje se energijom ubrzanim česticama i stopom ubrzanja i radijusu zakrivljenosti orbite ubrzavača prstena - i maks. Indukcija vodećeg magna. Polja.

U Sovru. Elektronska linearna U. Stopa ubrzanja je 10-20 MEV / M, u Protonu - 2,5-5 Mev / m. Povećanje tempa ubrzanja gura se u dvije osi. Poteškoće: Povećati otporne gubitke u zidovima rezonatora i opasnosti od električnih. Spava. Ultrazvučni rezonatori mogu se koristiti za smanjenje otpornih gubitaka (prvi su ljudi već počeli raditi); Za borbu protiv odmora, temeljito je poravnati distribuciju električnog električnog. Polja u rezonatorima, izbjegavajući lokalne nehomogenosti. Možda će stopa ubrzanja u protonu linearnu W. moći s vremenom povećati redoslijedom veličine.

Dimenzije cikličkog u. Povezane su s indukcijom vodećeg magneta. F-loi polja (3). Pri ubrzanju pojedinačnih čestica i prosjeka vrijednosti prstena TL (što odgovara Ovaj f-la daje (m). U skladu s tim, W. na 1 Tev treba imati perimetar od ~ 20 km. Takav W. Da bi se zaštitilo od zračenja u zgradama pod zemljom. Ogromne veličine W. velike energije dovode do kapitalnih rashoda izraženih milijardama dolara.

Gore navedene procjene vrijede za W., Magn. Blokovi u raži sadrže željezni jarmu. Povećati B. Max iznad 1,8 TL je nemoguć zbog zasićenosti željeza, ali to se može učiniti preseljenjem na superprevodnik. Sistemi. Prvi takav W.- Tevatron već radi u laboratoriji. Fermi u SAD-u. Magn. Polje u blokovima ranjen kablom sa NBTI venama u bakrenoj matrici, po stopi od 4 K, može se podići na 5-5,5 T., a kada se tempo padne na 1,8 do ili tokom prelaska na NBSN-to 8 -10 TL. (NBSN Legura u proizvodnji akceleratora ne koristi se zbog krhkosti.) Daljnje smanjenje templara omogućava vam da se preselite na još veću sigrač. polja, ali ekonomski neprofitabilna; Dimenzije W. su smanjene, ali broj skupih i energetskih kriogene opreme povećava se.

Manje teško definirane minimalne valjane vrijednosti. U. U W. sa željeznim jarmom B. Min ne bi trebalo biti manje (6-10). 10 ~ 3 T., jer su na manjim poljima previše doprinosa u punoj veličini. Indukcija počinje vršiti preostale magnete. Polja, prostorna distribucija u Ryy obično je nepovoljna. Stav B. Max / B. Min, pa, stoga, omjer impulsa izbačenih i ubrizganih čestica u W. sa konvencionalnim magnetima, dakle, zato je zato što je veće od 200-300. U superprodiftinim magnetima. Sistemi se pokazuje da je ovaj raspon još manji, jer sa malim poljima u razmacima. Uključena distribucija. Indukcija snažno utječe na vrtložne struje u superprovodnim provodnicima. Ova ograničenja jedan su od razloga koji vode do činjenice da će svi glavni ubrzati. Kompleksi sadrže nekoliko. Dosljedno rad w.: Linearni u.- ubrizgavac, jedan ili nekoliko. Intermediate u.- boosters Konačno, glavna W., nadoknada. Čestice do najveće energije, a možda i kumulativni prsten. Shema će ubrzati. CERN kompleks prikazan je na slici. 6.

Izgradnja i radom ovog kompleksa su pro-ispire i financira zajedničkoj Evropi. Naib U., koji je dio kompleksa kumulativni je sudarnički prsten Elektron-zitron, ubrzavajući elektroničke i pozitronske grede u energiju od 45 GEV-a. W. Smješten u dubokom podzemnom tunelu i ima obod od 27 km. U ovom tunelu u 90-ima. Pretpostavlja se da izgradi veliki superprovodljiv hadron sudara (veliki hadron Coller), izračunavajući ubrzanje protona i antiprotona u energiju 7 TEV-a, te u budućnosti i ubrzanju iona.

Sl. 6. Shema kompleksa akceleratora CERN-a (Švicarska).

Za ubrizgavanje u LHC-u će se koristiti SPS akcelerator (Superton Proton Synchrotron), na izlazu protona kanala imaju energiju ~ 450 GEV. Perimetar ovog akceleratora je 6,9 \u200b\u200bkm, nalazi se ispod terena na dubini od 40 m. SPS dobiva teške čestice iz protona sinhrotrone PS, u K-Ry, zauzvrat, protoni i joni padnu iz "Iona-a padne iz" izolde "boostera, i elektroni i pozitron iz busstra ere.

U Rusiji je Naib. Proton (i ion) U. (70 GeV) radi u Protvino (ok serpukhova, mosk. Region). Uz njega, započela je izgradnja akcelerativnog i kumulativnog centra (OC) sa obodom od 21 km. Dizajniran je za ubrzanje protona i antiprotona u energiju 3 TEV-a. U Međunarodnom Ujedinjenom Institutu za nuklearno istraživanje (JINR, Dubna, Mosk. Regija) Radi Proton Synchrotron, ubrzavajući protone do 9 GEV, fazotron i superprovodljiv u. ioni - Nuclotron, ubrzanje iona za energiju 6 GEV / Nucleon.

U teorijskoj teorijskoj. i eksperiment. Fizika (ITEF, Moskva) Proton Synchrotron ubrzava protone u energiju od 9 GEV-a.

Fazne oscilacije. Kao što je već napomenuto, u rezonantnom W. paket ubrzanih čestica spontano se podijeljeno u ugruške. Centar. Čestice Cuchkow su još jedan put ubrzavajućim jaz (u cikličkom. U.) ili na sljedeći ubrzavajući jaz (u linearnom U.) u onim trenucima vremena kada faza ubrzavanja RF-a ima željenu vrijednost. Takve čestice se zovu. R a v n o v e c n y m i. Dr. Kružne čestice u procesu ubrzanja oscilatora u blizini ravnoteže, a zatim ispred toga, zaostajanje iza toga. Te oscilacije se zovu. Faza. Oni su praćeni oscilacijama energije i impulsa ubrzanih čestica u odnosu na energiju i puls ravnotežne čestice.

Razmislite o faznoj kretanju u linearnom W. Preuzet ćemo ga zbog lakoće da su ubrzavajuće praznine tako kratko da čestice prolaze gotovo odmah. Neka se neka vrsta čestica približi jaznici kasnije od ravnoteže. Tako da je počela da se sustiže sa njom, treba dobiti više energije prilikom prelaska jaza. Naprotiv, čestica koja je došla u jaz prije ravnoteže trebalo bi dobiti manje energije.

Na slici. 7 Sinusovna krivulja prikazuje dobrovoljno napetost E. Ubrzavanje HF polja. Prekidana linija označava napetost, K-Paradium bi trebala postojati u vrijeme prolaska ravnotežne čestice tako da se u vrijeme približi sljedećem jaz. U svakom periodu promjene E. Postoje dvije takve tačke: Sa i D.. Jednostavno, međutim, pogledajte da je pokret stabilan samo na mjestu C. samo u ovom trenutku u kasnijim trenucima vremena napetost polja se povećava, a u ranijim trenucima smanjenje.

Sl. 7. Da biste razgovarali o principu Autofazita.

Detaljna analiza uzdužnog kretanja čestica pokazuje da je s dovoljnom amplitudom fluktuacije RF-a, uvijek postoji područje stabilnog faznog zahtjeva - u ovom slučaju, površinu koja se nalazi oko točke C. Ova se izjava naziva. Princip auto fazna.

U cikličnoj vodi, ne samo brzina čestica ne ovisi o energiji, već i dužini puta koji ih prolaze na prethodno ubrzavajući jaz na naknadno (ako ih ima nekoliko), kao i perimetar putanja. Predstavljamo koeficijent. Proširenja orbita.

gde L. - Perimetar orbita, r-Impolse čestice. Promjena vremena provedenog od strane čestica kako bi se žalila na W. ovisi o njegovom pulsu i opisuje F-loi

gdje je G-Lorenz faktor čestice, u linearnom W. a \u003d 0, i stabilan je Sa. U cikliku u. Otporna tačka C, i kada tačka D.. Energija, s rojom, ovi točke mijenjaju mjesta, odgovara odnosu

i pozvan. U R & T i Ch e S o uh e n e r i e (u ENG. Literatura - tranzicijska energija). U ovom trenutku, faza napona ubrzanja mora biti raspoređena iz jedne "sinhrone tačke" na drugu. Kada se približavaju kritikama. Učestalost frekvencije fazne oscilacije (u cikličkom u. Oni se često nazivaju radio-fazni) smanjenje i fazne dimenzije ugrušaka oštro su smanjene, a rasipanje čestica za pulse (i po energiji) povećava se. U trenutku tranzicije putem kritičara. Energija povećava utjecaj Splita. Prikazi nestabilnosti. Ovisno o karakteristikama dizajna, u.- iz vrijednosti kritičara. Energija može ležati unutar ili izvan radnog opsega energije.

Problem poprečne stabilnosti. Bettronic oscilacije. U velikom prstenu, W. Tijekom ubrzanja čestica, staza se vrši, mjerena stotinama hiljada ili čak milion kilograma KM. U akumulaciji. Sistemi na ovaj način još je nekoliko. Postoji više narudžbi i u malom u.- na nekoliko. Postoji manje narudžbi, ali uvijek je vrlo velik u odnosu na promjer vakuumske komore, poprečne dimenzije qui obično ne prelaze dvije desetine, vidi da sudar čestica sa zidovima kamere vode do njihovog gubitka. Stoga je ubrzanje moguće samo ako postoji temeljito izračunati i izvršen sistem fokusiranja.

Som vrijednošću energije ubrzane čestice (u području stabilnosti faznih oscilacija) u prstenu W. Postoji zatvorena (stabilna) orbita. Biti u vakuum komori W., čestice se kreću u blizini ove orbite, čineći ga blizu bettronic oscilacije . Hardver tih oscilacija značajno prelazi frekvencije faznih oscilacija, tako da u proučavanju betatronskih oscilacija, energija ubrzanih čestica i položaj zatvorene orbite mogu se smatrati konstantnim.

Za teorijsku. Razmatranje betatronskih oscilacija obično istražuju područja koja su ubrzane čestice u "fazni avioni" ( r, r r) i (z, p. z) gde r. i z. - horizontalne i vertikalne koordinate čestica ( r \u003d r - r 0, gdje R.-Dius čestice, R. 0 - radijus putanje ravnoteže), a p R. i p Z.- odgovarajuće komponente njegovog impulsa. Uz neusporedivo pokret, ova područja imaju obrazac za elipsu. Prema Liouville Teorem., Vrijednosti trga se ne mijenjaju pri kretanju. U procesu ubrzavanja čestica prelazi polinom. Rukomodožanstvo. i električno. Polja. Istovremeno, područje koje zauzima snop u faznom prostoru može steći složeni oblik, pa eff. Veličina trga je područje opisanog elipse - povećava se. U pažljivo podešenoj W. ovo se povećava. U prisustvu komunikacije između horizontalnih i vertikalnih pokreta, ne održava se svaki od navedenih područja, već zapremina zauzeta snopom u četverodimenzionalnom prostoru ( r., Z, p R, P Z).

Praksa. Interes je obično područje koje zauzima snop koji nije u faznim avionima, već u avionima ( r., TUŽILAC WHITING - PITANJE: R.), (z., TUŽILAC WHITING - PITANJE: Z.) Gde Q. R. i Q. Z.-Gledaj, komponente stope čestica sa tangetom ravnotežne orbite. Ova područja se zovu. G o p i z o n t a l n y m (ili r i d i l n y m) i u e r t i i l n y m (ili na s i i i l i i ja) emitans BEAM E. R. i E. Z.. Prijelaz iz impulsa na uglove daje F-Lamen

gde r--lik komponenta impulsa, K-Paradium gotovo se podudara sa potpunim impulsom; r 0 \u003d TC. Iz Teoreme Liouville-a slijedi da su integrali pokreta vrijednosti p.e. R. i p.e. Z. ili, u skladu s tim, BGE R. i bge. Z., K-Ryy je pozvao. N o rma l i z o v a n n y m i u m i t i n sa i m i.

Jasno je iz onoga što je jasno da kada se ubrzava normalizirana emitira ostaju nepromijenjena, a obična emitirana tansy e R. i E. Z. Smanjenje kao 1 / bg. U skladu s tim, poprečne veličine snopa su smanjene.

Najvažnija karakteristika bilo kojeg W. je njegov a k s e p t a n s - naib. Emittance, u Ry U. Promaši gubitak bez gubitaka. Visoki intenzitet ubrzanog snopa može se postići samo u W. sa prilično velikim accep-tance.

S navedenim veličinama vakuumske komore, akseptantnosti W. proporcionalno max. Ugao, u Ry može biti puštanja čestica sa ravnotežnom orbitom, a samim tim obrnuto proporcionalno valnoj dužini betatronskih oscilacija. Vertikalni i horizontalni brak W. su proporcionalni, t. Oh., Broj betatronskih oscilacija po prometu Q R. i TUŽILAC WHITING - PITANJE: z K-Rye je toliko poželjan da se poveća. U svim postojećim u. Q R. i TUŽILAC WHITING - PITANJE: Z je blizu jedni drugima. Ako su oboje manji od 1, naziva se fokus. C L A B O (m GK O Y), a ako je više od 1-s i l i n o y (dobro).

Svi cijeli brojevi i polu-namjenski vrijednosti Q R. i TUŽILAC WHITING - PITANJE: z zabranjeno. S namjerom TUŽILAC WHITING - PITANJE: Čestice se vraćaju u Magn. Elementi u istoj fazi u betatronic oscilacija, formira se efekat grešaka polja i rezonantnog usmjeravanje oscilacija javlja (u n i n i y r e n i n i n i n i n i n i y). Oko čitavih vrijednosti zabranjene su frekvencijske oblasti, unutar priraštaja oscilacija, iako ograničene veličinom, ali pokaže se da je neprihvatljivo velika, na primjer. Veličina vakuumskog vijeća je superiorna.

Seksualne vrijednosti Q R. i TUŽILAC WHITING - PITANJE: Z je zabranjeno zbog pojave PA i m e t r i n a c o r e r e n a n s a - rezonantno isperite oscilacije koje nastaju zbog nepravilnosti u boji. Polja. U neku vrstu pogona, posebno u pogonima, oni također utječu na veće narudžbe.

U Cyclicku. W. za fokusiranje čestica koriste poprečni magneti. Polja. U homogenom vodećem polju postoji samo horizontalni fokus, a nema vertikalnog fokusa ( TUŽILAC WHITING - PITANJE: z \u003d 0) Ovaj rezultat je jednostavan za razumijevanje, napomenući da kada se čestice kreću u homogenom (vertikalnom) magn. polje ( B r \u003d. 0, B z \u003d. Konst) Lorentzove snage nemaju komponentu za z, a čestice zadržavaju početak. Aksijalna brzina. Sile potrebne za aksijalni fokus nastaju samo u prisustvu radijalne komponente MAGN-a. Polja.

Uključeno konfiguracija. Polja ovisi o obliku tipova pola. Na slici. 8 ( sVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR:) i 8 ( b.) Prikazani savjeti za pol koji imaju oblik okretnog oblika (oko osi) z.). Na slici. 8 ( ali) Zabilježeni su ravni stupovi koji stvaraju homogeno okomito polje, takva polja ne stvaraju aksijalni fokus. Na slici. 8 ( b.) Slika polja koja nastaje između stupova koji stvaraju jaz koji se širi na periferiju. U ovom slučaju, Lorentz Power stječe fokusiranje (povratak u centralnu ravninu) aksijalnu komponentu. Međutim, izgled aksijalnog fokusa prati je slabljenje radijalnog: česticama koje su odbijene na periferiju sporije su vraćanje na ravnotežni put, jer padnu u slabiju polje.

Sl. 8. ali- magnetske sile u jednoličnom polju; b.- magnetne sile na terenu smanjuju se na periferiju.

U Linearnim W. Problem fokusiranja je takođe važan, iako nije tako kritičan, kao što je na ručnom: dužinu puta čestica u linearnom W. u blizini i ubrzanim česticama ne vraćaju se u uznemirene čestice.

U cikliku u., Magn. Sistem K-Rye-a ima azimuthalnu simetriju, F-LA

Istovremeni otpor radijalan i aksijalan Bettronic oscilacije u ovom slučaju moguća su samo uopšte. Na slabom fokusu (vidi Fokusiranje čestica u akceleratoru). U jakim fokusirajućim parcelama fokusiranim na z i defokulirano r., Zamijenjeni smo po područjima koja su fokusirana horizontalna i uklanjanje vertikalnih koordinata. Sa sledećim. Lokacija takvih lokacija i pravi izbor ungrarki gradijenti. Polja i geometrija magneta Sustav u cjelini pokazuju se da se fokusiraju, a rezultirajuće vrijednosti frekvencije betatrona mogu značajno prelaziti jedinicu.

U U. S jakim fokusiranjem primjenjuju se četvorolopni magneti. ili električni. (sa malim energijama ubrzanih čestica) polja. Na slici. devet ( ali) Četverolop-Naya Magn je prikazana. Objektiv, stvarajući fokusiranje u vertikalnom smjeru (duž osi z) i defokusiranje radijusa r. Magn. Polje. Vakuumsko komora nalazi se uz osovinu objektiva između svojih stubova (na slici. Nije prikazano). Pozitivno nabijene čestice "lete" čitatelju. Četiri čestice i lorentz sile koje djeluju na njih prikazane su po tačkima i strelicama. U radijusu fokusiranja (i defokusiranjem) z.) Rukovni leće. Pol N. i S. Promenite mesta. U ručnom U. magnetima, stvarajući vodeću magnu. Polje se nalazi između sočiva. Oni stvaraju homogeni ur u odnosu na osovinu. Polje. U nekom u. Nanesite magnete kombiniranim F-obrocima. Njihov mov. Polje sadrži i dipol (pogon) i četvoroporna komponenta (Sl. 9, b).

RKS. devet. ali-Cavaitol magnetni objektiv; b.-Magnetski blok sa kombiniranim funkcijama.

Za poprečni fokusiranje u linearnim W. bilo bi moguće pokušati koristiti EL - Magn. Val, K-Paradium ubrzava čestice. Međutim, u običnim talasima E.- Type točke koje odgovaraju stabilnom pokretu fazu nestabilno su za poprečne oscilacije i obrnuto. Da biste izašli oko ove poteškoće, možete koristiti alternativni fokus faze (bodovi Sa i D. Na slici. 7 dosljedno zamijenite jedni druge) ili napustite azimutsku simetriju električne energije. Polja u rezonatoru (četvorolop RF fokus). Međutim, najčešće se polja četverolopljenja kreiranih po specijalnim skupinama koriste se za poprečni fokus. Magn. sočiva. Od 80-ih. Za proizvodnju takvih sočiva počeli su koristiti post. Magneti (Smco Legura).

Efekti povezani sa intenzitetom. Pored rezonancije, koji proizlaze iz interakcije snopa sa vanjskim. Polja, sa velikim intenzitetima greda počinju igrati ulogu. Vrsta nestabilnosti povezana s interakcijama čestica snopa jedni s drugima, sa elementima vakuumske komore i ubrzavajućim sustavom, i u U. sa priključnim gredama i sa efektima greda jedan na drugo. Naib Jednostavno među tim efektima je pomak COULOB-a frekvencije betatronskih oscilacija. Električni. Polje snopa replicira vanjske čestice na periferiju i ne djeluje na središnju česticu sata. Kao rezultat ove frekvencije betatronskih oscilacija čestica u gredu, počinju se razlikovati od učestalosti oscilacija centra gravitacijskog snopa. Ako ta razlika prelazi udaljenost između najbliže zabranjene vrijednosti TUŽILAC WHITING - PITANJE:, Ako bilo koja konfiguracija, W. Dio grede neizbježno je izgubljen. Elektrost-tich. Odbojnje čestica utječe na fazne oscilacije snopa (posebno dovodi do učinka "negativne mase").

Paket ubrzanih čestica djeluje sa svojim elektrostatičkim. Slika u vakuumskom komoru i sa objektima smještenim u njoj (rezonatori ubrzavajućih stanica, senzori mjernih uređaja, dijelova i ulaza vakuumskog sustava itd.). Istovremeno, sila koja djeluje na svaku česticu, proporciju. Pomak snopa u komori je relativno ravnotežna putanje i njena linearna gustina. Kao rezultat ove interakcije postoji e-pošta. Polja koja djeluju na kasniju čestice lepršavih čestica (efekt "G o l o v - x o c t") i izgled čestica samih na povratku ovih čestica na uzbuđenu površinu. Navedena interakcija uzrokuje brojne efekte koji vode do gubitka stabilnosti snopa. Pored "glave repa" već je spomenut, može postojati R e i sa T i n i otprilike s t (interakcija sa električnim vlakom duž fotoaparata. Slika grede, C-Ryo kašnjenja u fazi do konačne provodljivosti komorskih zidova), nestabilnost mikrovalne pećnice (interakcija sa objektima sposobnim za uzbuđenu na visokim frekvencijama), itd.

Akceleratori sa kontra grede (Colliders). Prilikom generiranja novih čestica u stanju sudara, energija jednaka ili superiornoj energiji odmora rođenih čestica trebala bi biti objavljena, tj. Sto mev, a ponekad i mnogo desetina GEV-a. Sa tako velikim oslobađanjem energije gubi vrijednost ne samo chem. Komunikacija čestica uključenih u metu, ali i povezivanje nukleona u jezgri, tako da se uticaji događaju s jednim jezgrama ili čak saminjom nukleona. T.N. kumulativni procesi, Dođite možete pogledati kao jednostavno. Sudar ubrzane čestice sa dva ili nekoliko. Nukleoni su naučni interes, ali na visokim energijama su izuzetno rijetke.

Kao što je već napomenuto, sa sudarom čestica u broju energije, cijeli pogođeni energiji tokom ubrzanja može se ostvariti, dok se brzi proton sudari s fiksnim ciljanim jezgrama, samo se dio ove energije koristi. Dakle, za generaciju J./ Y-Meson Energija protona trebala bi biti 3,7 puta veća od energije odmora J./ Y-meson i generirati z 0-bosonu koji vam je potreban 50 komplet energije. Generacija teških čestica na fiksnim ciljevima je stoga u nepovoljnom uglu, a potrebno je premjestiti u Collage Demen. U sudarima se čestice mogu kretati jedni prema drugima ili u jednom prstenu (čestice i antikascies) ili u dva prstena za presijecanje.

Tehnika rada sa akumulacijom. Prstenovi, u kojim se kolegama kreću, vrlo složeni. Broj nuklearnih reakcija koji se pojavljuju po jedinici vremena, ispostavilo se da su hiljade puta manje nego sa fiksnim ciljevima, zbog ekstremne sparjenje greda. Učinkovitost seludera je prihvaćena da ih okarakteriše luminativnost , t. e. Broj, na izliječenje koje trebate pomnožiti. Presjek reakcije je postizanje broja takvih reakcija po jedinici vremena. LAMISTINI RADOVI. Proizvodnja intenziteta subožavanja greda i leđa. Područje presjeka greda (ako su jednaki). Naslovni snopovi bi trebali, tako da sadrže mnoge čestice i zauzimaju male sveske u faznom prostoru. Hlađenje faznog volumena elektronskih i pozitronskih greda zbog sinhrotron zračenja gore. Istovremeno, fazni obim protonskih greda kao ubrzanih ubrzava se za sve kao 1 / R, I.E. Apsolutno nije dovoljno. Jačina zauzeta antifričkim gredama vrlo je velik kada se generiraju i nisu mnogo smanjeni u budućnosti, jer se antiproton formiraju pri visokoj energiji (nekoliko GEV). Stoga bi prije sudala, antiprotonske grede trebaju akumulirati o X L i A i T. I, odnosno za smanjivanje u faznom prostoru.

Postoje dva načina za hlađenje greda teških čestica (protona, antiprotoni, jona) -elektron i stohastički. Događaj se pojavljuje u interakciji hlađenih greda s gredom "hladnih" elektrona koji lete na ne-rumu sa zajedničkim dijelom zajedno sa hlađenim česticama i istim CP. Brzina. (Tempo snopa se zove. Prosječna energija njegovih čestica mjerena u koordinatnom sustavu koja se kreće zajedno sa snopom.)

Zasnovan je na činjenici da se broj hlađenih čestica istovremeno ne baš velik. Ako unutar uređaja mjeri koordinate snopa, nalazi se samo jedna čestica, tada se njeno odstupanje može mjeriti senzorom, a zatim ispraviti ispravno. Ako se meri unutrašnjost. Uređaji će biti nekoliko. Čestice, senzor odgovara na položaj njihovog električnog. težište i odvija se ne korekciju, ali prigušivanje oscilacija (kada N. Čestice u uređaju su podešene, a ne N. parametri). Stochastich. Hlađenje se događa postepeno i zahtijeva veliki broj revolucija.

Treba napomenuti da je hlađenje elektrona efikasnije pri niskim energijama snopa, a stohastic-s vrlo velikim brojem čestica.

Izgledi za razvoj akceleratora. Među projektima velikih akceleratora koji su u razvoju, izgradnju ili je već naručen, može se navesti sljedeće.

U Rusiji (Troitsk, Mosk. Obl.) Završava izgradnju "Fabrike Maison" za energiju 600 MEV sa Sre. Trenutno 70 μA. 1993. godine već je stisnula gomilu s energijom od 430 MEV. Za proizvodnju izotopa koristi se snop protona s energijom 160 MEV i CP-a. Trenutna 100 μA. U toku je izgradnja akcelerativnog akumulativnog kompleksa (mastila), dizajnirana za ubrzanje protona do 3 Tev. UK se nalazi u podzemnom tunelu sa obodom od 21 km. Očekuje se intenzitet čestica u impulsu 5. 10 12.

U Njemačkoj (Hamburg), W. na sascing gredama (hera), dizajnirano za proučavanje interakcije protona (820 GEV) sa elektronima i positronima (30 GEV). Dizajnerska svjetlost ~ 2. 10 31 cm -2. C -1. Proton Synchrotron sadrži superprovodnice magnete i elektronički - obični (koji ne povećavaju gubitak sinkronizacijsko zračenja). U opremi toga, u njemu sudjeluje 37 u TS-u iz različitih zemalja.

U Njemačkoj se također razvija i desy linearni selder sa česticama energije čestica 250x250 GEV (1. verzija) ili 500 x 500 gev (2. opcija). U CERN-u (Schwei-Tsaria) u tunelu prstena elektrona-pozitrona u. (LEP) započinje očuvanje sudarača za teške čestice LHC-a (veliki hadron Collider). Bit će moguće proučiti sudare protona (2x7 TEV), protona i elektrona, protona i jona (uklj. Olovo, 1148 TEV).

Ubrzanje teških jona može se napraviti na nuk-lotrone (Dubna, Rusija). Počevši od 1977., na protonom sinkrotron u Dubni, Split je ubrzao. Ioni do ugljika (4,2 gev / nukleon i od 1992. do 6 GEV / nukleon).

Na W. "Saturn" u Sakleu (Francuskoj), Ioni se ubrzavaju do argona (do 1,15 GeV / nukleon). SPS akcelerator (CERN) omogućava vam ubrzavanje iona kiseonika i sumpora do 200 GEV / nukleon.

Sjedinjene Države su razvile NAB projekat. Veliki superprovodljiv superclylider (SSC) za energiju 2 x 20 TEV. Izgradnja ovog akceleratora je odgođena.

U međunarodnom Odbor za akcelerator bavi se još većim projektima, provedba razloga zahtijevat će zajedničke napore razvijenih država. Specifični projekat takvog W. još nije definiran. Svi provedeni i razvijeni projekti temelje se na dobro poznatim, dobro dokazanim principima. Nove metode ubrzanja, o gore navedenim razlozima, ako su uspješni da u potpunosti promijene ove planove.

Primjena akceleratora. Pored naučnog W. imaju i praktične. Aplikacija. Dakle, linearnim W. koriste se za stvaranje neutron generatori Za zračenja. Ispitivanja materijala, elektrokonde metode za operacije nuklearnog goriva i ubrzanja teških manjinskih jona aktivno se raspravljaju za kontroliranu inercijalnu termičku sintezu. U lomi Linde (SAD) gradnja specijalizatora završava. Kompleks sa protonskim sinhrotronom za radijacijsku terapiju. Sličan projekat je podignut u Rusiji.

Lit: Kolomensky A., Lebedev A. N., Teorija cikličkih akceleratora, M., 1962; Waldner O. A., Vlasov A. D., Shannov A. V., linearni akceleratori, M., 1969; Brooke, ciklički akceleratori nabijenih čestica, po. iz Franza., M., 1970; Komar E. G., Osnove inženjerstva ubrzanja, M., 1975; Linearni akceleratori jona, ed. B. P. Murina, vol. 1-2, M., 1978; Bakhrushin Yu. P., Anatsky A. I., Linearni indukcijski akceleratori, M., 1978; Lebedev A. N., Salnov A.V., Osnove fizike i tehnike akceleratora, Vol. 3, M., 1981; Moskalev V. A., BetaTtrons, M., 1981; Kapchainsky I. M., teorija linearnih rezonantnih akceleratora, M., 1982. L. L. ZOLDIN.

Disciplinom

"Pojmovi moderne prirodne nauke"

na temu " Ekceleratori elementarnih čestica »

1. Uvod ............................................... ......................................3 .3

2. Moderni akceleratori nabijenih čestica .................................... ... 4

3. Naučni centri za proučavanje elementarnih čestica ........................ 7

4. Ciklični akcelerator .............................................. ................... 15

5. Laserski akcelerator na otkucajima ........................................ ... ..................... 16

6. Zaključak .................................................. ...............................................20.20

7. Popis literature koja se koristi ............................................ ... ....... 21

Uvođenje

Trenutno je široko korištenje u nauci i tehnici pronađene ubrzavače nabijenih čestica - instalacije za dobivanje greda nabijenih čestica (protoni, elektroni, antikaskularni, jezgra drugih atoma) visokih energija - od desetaka KEV-a (10 3 EV) do nekoliko TEV-a (10 12 EV). U tehnici se takvi akceleratori koriste za dobivanje izotopa, učvršćivanje površina materijala i proizvodnju novih materijala za stvaranje izvora elektromagnetskog zračenja (od mikrovalne na rendgenske), široko se koriste u medicini, itd. Međutim, ipak, među glavnim primjenama akceleratora uključuju nuklearnu fiziku i visokoenergetsku fiziku. Moderni akceleratori optuženih čestica glavni su izvori informacija za fizičare koji proučavaju supstancu, energiju, prostor i vrijeme. Prekomjerna većina elementarnih čestica poznatih danas se ne nalazi u prirodnim uvjetima na zemlji i dobije se na ubrzavačima. Potrebe je fizike elementarnih čestica koje su glavni poticaj za razvoj opreme za akcelerator, a prije svega povećanja energije na koju se mogu ubrzati nabijene čestice.

Moderni akceleratori nabijenih čestica.

U modernom visokoenergetskoj fizici koriste se dvije vrste postavki ubrzanja. Tradicionalna šema eksperimenta na januću je: paket nabijenih čestica ubrzano je na maksimalnu moguću energiju, a zatim se šalje na fiksni cilj, uz sudar sa česticama od kojih se rađa pluralnost elementarnih čestica. Mjerenje parametara rođenih čestica daju najbogatijim eksperimentalnim informacijama potrebnim za provjeru (ili stvaranja) trenutne teorije elementarnih čestica. Učinkovitost reakcije određena je energijom čestica koja se suočava s ciljem u sistemu masovnog centra. Prema teoriji relativnosti u fiksnom cilju i istim masama odmora čestica reakcije energije

Gdje je E energija čestica koja lete na cilju, m 0 je njegova masa, c je brzina svjetlosti. Stoga, kada se odvika sa fiksnim ciljem protona, ubrzao se na energiju 1000 GEV-a, samo energija od 42 GEV-a odlazi na rođenje novih čestica, a većina energije se troši na kinetičku energiju čestica rođenih kao a rezultat reakcije.

Akceleratori su predložili na kraju 60-ih (Colliders) u kojima se reakcija provodi u sudaru kontra-ubrzanih greda optuženih čestica (elektrona i pozitorima, protona i antiprotona, itd.) Daju značajan dobitak u reakcijskoj energiji . U sudarima energija reakcija jednaka je zbroju energije sukopača

E 1 + E 2, odnosno s jednakom energijom čestica dobitaka je 2e / m 0 c 2. Naravno, ispostavilo se da je efikasnost sudarnice niža od akceleratora s fiksnim ciljem, jer čestice dvije rijetke grede suočavaju se na mnogo često od čestica grede i gustim ciljem. Ipak, glavni trend visokoenergetske fizike je promocija u sve više visokim energijama, a većina najvećih akceleratora danas su Colliders u kojima se broj sudara žrtvova za postizanje evidencije.

Moderni akceleratori nabijenih čestica najveće su eksperimentalne instalacije na svijetu, a energija čestica u akceleratoru je linearno povezana sa svojom veličinom. Dakle, linearni akcelerator SLC elektronskog akceleratora na energiji 50 GEV na Univerzitetu Stanford (SAD) ima dužinu 3 km, perimetar protona sinhrotrona Tevatrona na energiji 900 GEV u laboratoriju. E. Fermi (Batavia, SAD) je 6,3 km, a dužina prstenova izgrađena u Serpukhovu, akcelerativno-akumulativni kompleks tinte, dizajniran za Energy3 TEV, izgrađen u tunelu evropske organizacije izgradnje u Energy3 TEV, izgrađen u tunelu od 27 kilometara nuklearne istraživanja (CERN) u Ženevi.

Sve veće dimenzije akceleratora već su postigle granice razumnog omjera fizičkih karakteristika i financijskih troškova, pretvaranjem izgradnje akceleratora na problem nacionalne razmjere. Može se reći da su čisto inženjerska rješenja također blizu njenog ograničenja. Očito je da daljnji napredak u ubrzanju strojeva treba povezati s potragom za novim pristupima i fizičkim rješenjima koja ubrzavači budu kompaktniji i jeftiniji u izgradnji i radu. Potonji je takođe važan, jer je potrošnja energije modernih akceleratora blizu potrošnje električne energije malog grada. Primijenjena nauka za ubrzanje formulira zanimljiv i izuzetno važan problem pred modernom fizikom. Potrebno je pretvoriti u nova dostignuća u radiofizici, plazmi fiziku, kvantnu elektroniku i čvrstu fiziku za pronalaženje pristojnih rješenja.

Najperspektivnije je traženje metoda za povećanje tempa ubrzanja čestica. U modernim akceleratorima, tempo ubrzanja čestica ograničen je na maksimalnu čvrstoću ubrzanog električnog polja, koji se može kreirati u vakuumskim sistemima. Ova vrijednost ne prelazi danas 50 MB / m. U jačim poljima pojave električnog raspada događa se na zidovima rezonatora i formiranje plazme koje apsorbiraju terensku energiju i sprečavaju ubrzanje čestica. U stvari, veličina maksimalnog dopuštenog visokofrekventnog polja ovisi o svojoj talasnoj dužini. Moderni akceleratori koriste električna polja sa talasne dužine veće od 10 cm. Na primjer, prelazak na talasnu dužinu od 1 cm povećaće maksimalna dopuštena električna polja nekoliko puta i na taj način smanjiti veličinu akceleratora. Naravno, da provede ovu prednost, potrebno je razviti u ovom rasponu teških izvora zračenja koji mogu stvoriti impulse elektromagnetskih valova kapaciteta stotina MW-a i trajanja impulsa u kratkom do 100 ns. Ovo je veliki naučni i tehnički problem, rješenje koje su zauzeli mnogi istraživački centri svijeta.

Drugi mogući put je odbijanje tradicionalnih vakuumskih mikrovalnih rezonancijskih sistema i upotreba laserskog zračenja za ubrzanje nabijenih čestica. Uz pomoć modernih lasera, moguće je kreirati električna polja sa napetošću daleko većom prekoračenjem graničnih polja u mikrovalnoj. Međutim, direktna upotreba laserskog zračenja u vakuu ne dopušta postizanje učinka primjetnog ubrzanja optuženih čestica zbog nemogućnosti rezonantnog Chenkovskog reakcije vala s česticama, jer je brzina svjetlosti u vakuumu uvijek veća od brzina čestica. Posljednjih godina aktivno su proučavali metode ubrzanih čestica sa laserskim zračenjem u plinovima i plazmi, a zato što u jakim električnim poljima formira tvar i plazmu, u konačnici govorimo o ubrzavanju nabijenih čestica u plazmi.

Naučni centri za proučavanje elementarnih čestica

Institut za visokoenergetsku fiziku (IFVE)

Osnova za stvaranje Instituta bila je izgradnja u Protvino, koja se nalazi u blizini grada Serpukhova, najveći u svijetu (do 1972.) Synhrotrona Prstena. Jedinstvena eksperimentalna tehnika prikupljena u ovom naučnom centru daje naučnicima da prodire u dubinu strukture materije, da razumiju i otkrivaju zakone beskrajno raznolikih i misterioznih svjetova osnovnih čestica nepoznatim ljudima.

U oktobru 1967., u oktobru 1967. U ovom akceleratoru, protoni se u početku formiraju kao rezultat pražnjenja plina, a zatim ubrzao električno polje visokonaponskog transformatora na energiju 760 KEV-a i pasti u Linearni akcelerator - injektor, gdje se unaprijed ubrzava na energiju 100MEV, a zatim uđite u glavni akcelerator. Već je protonovi ubrzao energiju 76 GEV-a. Broj protona u jednom impreratoru pulsira - 3 · 10 12. Ponavljanje impulsa događa se svakih 7 sekundi. Akcelerator ima u promjeru 472 m. Težina elektromagneta je 20 tisuća. Snaga od 100 MW povukla ga je akcelerator. Svake godine, akcelerator je 3000 - 4000 sati za fizičke studije.

Naučni centar ima nasip pod kojim postoji ubrzanje prstena i eksperimentalna dvorana. Eksperimenti u ako se obavljaju i na unutrašnjoj metu akceleratora i na grozdovima čestica.

Samo odbija česticu bez promjene svoje energije i postavlja orbitu po kojima se čestice kreću.

Akceleratori mogu biti u osnovi podijeljeni u dvije velike grupe. to linearni akceleratorigdje snop čestica jednom prolazi ubrzanje intervala i ciklični akceleratoriU kojem se paketi kreću duž krivulje zatvorene krivulje, prolazeći ubrzanje praznina u mnogim aspektima. Možete klasificirati i inteligencijske akceleratore: Colliders, neutronski izvori, pojačače, izvore sinhrotron zračenja, instalacija za terapiju raka, industrijskih akceleratora.

Dizajn akceleratora

High Napon Accelerator (dirte direktni akcelerator)

Glavni članak: Akcelerator visokog napona

Akcelerator nabijenih čestica (elektrona) u kojem se ubrzanje nabijenih čestica nastaje sa električnim poljem, nepromijenjenim ili slabo mijenjanjem tokom cijelog vremena ubrzanja čestica. Važna prednost V.U. U usporedbi s drugim vrstama akceleratora - mogućnost dobijanja malog rasipanja na energiju čestica ubrzana u konstantnom vremenu i homogenom električnom polju. Ova vrsta akceleratora karakteriše visoka efikasnost (do 95%) i mogućnost stvaranja visokih postavki napajanja (500 kW i veće), što je vrlo važno kada se koristi ubrzavači u industrijske svrhe.

Elektrostatički akcelerator

Ideološki najjednostavniji, linearni akcelerator. Čestice se ubrzavaju stalnim električnim poljem i kreću se ravno duž vakuumske komore, uz koje se nalaze ubrzanje elektroda.

Sorte:

• Accelerator Wang de Grafa. Van de Grafa generator, zasnovan na mehaničkom prenosu troškova dielektrične vrpce. Maksimalni električni napredovi ~ 20 MB određuju maksimalnu energiju čestica ~ 20Mev.
• Kaskadni akcelerator. Ubrzavajući napon kreira kaskadni generator koji stvara stalni ubrzavajući visoki napon od ~ 5 mV. Pretvaranje niskog varijabilnog napona u skladu s shemom multiplikatora dnevnika.

Linearni elektronski akceleratori malih energija često se koriste kao dio različitih elektronukužnih uređaja (eletron-snop cijevi, kineski-kanalizirani cijev itd.).

Ciklotron

Ciklotronski uređaj. 1 - mjesto primitka čestica, 2 je putanje njihovog pokreta, 3 - elektrode, 4 - izvor naizmjeničnog napona. Magnetno polje je usmjereno okomito u ravninu uzoraka.

Ideja ciklotrona je jednostavna. Između dvije polukružne šuplje elektrode, tako dalje. duangsNanosi se naizmenični električni napon. Duangs se postavljaju između stubova elektromagneta, stvarajući trajno magnetno polje. Čestica se okreće oko kruga u magnetskom polju, ubrzava se na svakom prelazu električnog polja u utoru između Dualova. Za to je potrebno da je učestalost promjena u polarnosti duhan bila jednaka učestalosti cirkulacije čestica. Drugim riječima, ciklotron je rezonantni akcelerator. Jasno je da se sa povećanjem energije, na svakom koraku, radijus putanje čestica povećava dok ne pređe nege.

Ciklotron je prvi od cikličnih akceleratora. Prvi put je razvijen i izgrađen u Lawrenceu, za koji je nagrađen Nobelovom nagradom u godini. Do sada se ciklotroni koriste za ubrzanje teških čestica za relativno male energije, do 50 MEV / nukleon.

Betatron

Ostalo ime: Indukcijski akcelerator. Ciklički akcelerator u kojem se ubrzanje čestica vrši vrtložni električni polje izazvan promjenom magnetskog toka prekrivenog orbitom za snop. Otkad je stvorio vrtloško električno polje potrebno je promijeniti magnetno polje jezgre, a magnetska polja u ne-vrhunskim strojevima obično su ograničene na efekte zasićenosti željeza na nivou ~ 20 kg, postoji ograničenje na vrhu maksimalne betatronske energije. Betatroni se uglavnom koriste za ubrzanje elektrona do energija od 10-100 MEV (maksimalno postignute u energetici Betatron od 300 MEV).

Po prvi put je Betatron razvijen i stvorio Videroe za godinu dana, što, međutim, nije mogao trčati. Prvi pouzdano radni betatron kreirao je D. V. Kerst samo u - gg. u SAD-u.

Mikrotron

Glavni članak: Mikrotron

To je akcelerator sa varijabilnom mnoštvom. Rezonantni ciklički akcelerator sa konstantnim kao ciklotronom vodećim magnetskom poljem i frekvencijom ubrzavanja napona. Ideja mikrotrona je da se povećati promet čestica, što je rezultiralo ubrzanjem na svakom koraku, višestruki period oscilacija ubrzanog napona.

Fazotron (Sync Ciclotron)

Temeljna razlika iz Ciklotrona je učestalost varijabla električne polja u procesu ubrzanja. To omogućava, zbog autofazita, podignite maksimalnu energiju akorbilnih jona u odnosu na graničnu vrijednost za ciklotron. Energija u Phasotronu dostiže 600-700 MEV.

Sinhrofasotron

Ciklički akcelerator sa stalnom ravnotežnom orbitom dužine. Da bi se čestice u procesu ubrzanja ostali na istoj orbitu, mijenja i vodeće magnetno polje i frekvenciju ubrzanog električnog polja. Najviše moderni ciklički akceleratori su snažni sinhrofasotron. Za ultrarelativističke elektrone u procesu ubrzanja, frekvencija cirkulacije se praktično ne mijenja, a koriste se sinhrotrons.

Sinhrotron

Ciklični akcelerator sa stalnom dužinom orbite i stalnom frekvencijom ubrzavajućeg električnog polja, već vodećim vodećim magnetnim poljem.

Laser na slobodnim elektronima (LSE)

Glavni članak: Laser na besplatnim elektronima

Specijalizirani izvor koherentnog rendgenskog zračenja.

Linearni akcelerator

Takođe se često naziva Linak (rezan iz linearnog akceleratora). Akcelerator u kojem čestice jednom lete. Linearni akceleratori se najčešće koriste za primarno ubrzanje čestica dobivenih iz elektronskog pištolja ili jona izvora. Međutim, ideja linearnog sudara za punu energiju takođe nije nova. Glavna prednost Linakov je mogućnost dobijanja ultramalnih emisija i nepostojanja gubitaka energije na zračenju, koji rastu srazmjerno u četvrtoj mjeri (!) Energetskim česticama.

Collider

On je akcelerator na nadolazećim gredama. Čisto eksperimentalne postavke, čija je svrha proučavanje procesa sudara čestica visokih energija.

Primjena

• Sterilizacija (za sterilizaciju hrane, medicinskog instrumenta).
• Medicina (liječenje raka, radio dijagnostike).
• Proizvodnja poluvodičkih uređaja (ubrizgavanje ubrizgavanja).
• Defektoskopija radijacije.
• Zračenje prelaza polimera.
• Zračenje pročišćavanje dimnih gasova i otpadnih voda.

vidjeti i

• Čestice detektora

Linkove

• Kolomna D.D., Lebedeev A. N. Teorija cikličkih akceleratora. M.: Fizmatgiz, 1962.
• A.CHAO, M.TIGINER, Priručnik za fiziku i inženjering akceleratora, 1999.
• B.S. Ishkhanov, I.M. Kapitonov, E.I. Kabin, eksperiment (web publikacija)
• Istorija, klasifikacija, princip rada, glavne vrste modernih akceleratora

Wikimedia Fondacija. 2010.

• Stanje herma
• Elementarni akcelerator čestica

Gledajte šta je "akceleratori nabijenih čestica" u drugim rječnicima:

Akceleratori nabijenih čestica - Instalacije koje služe za ubrzanje napunjenosti. Čestice do visokih energija. Sa običnom formulacijom, akceleratorima (u.) naz. Instalacije dizajnirane za ubrzanje čestica za energije više MEV-a. U rekordnoj W. Protoni Teratron dostigao je energiju od 940 ... ... Fizička enciklopedija

Akceleratori nabijenih čestica - Uređaji za pripremu nabijenih čestica (elektroni, protoni, atomski jezgra, jona) velikih energija. Ubrzanje se vrši pomoću električnog polja koji može promijeniti energiju čestica električnim nabojem. Magnetni ... ... Sjajna sovjetska enciklopedija

Akceleratori nabijenih čestica - Instalacije za potvrdu. Elektronske grede, protoni, alfa čestice ili joni sa energijom iz stotina CEV-a do stotine geva. U u. h. ubrzano punjenje. Čestice povećavaju svoju energiju krećući se električnim. Polje (statistika izazvana ili ... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Gost 22491-87: akceleratori nabijenih čestica. Uvjeti i definicije - Terminologija Gost 22491 87: akceleratori nabijenih čestica. Uvjeti i definicije originalnog dokumenta: 14. Betatron sa podijumom Nichivania 15. Rezonantna akcelerator Boatron sa stalnom komponentom indukcije akretera magnetskog polja ... ...

Gost 4.477-87: Sistem pokazatelja kvaliteta proizvoda. Akceleratori naplaćenih čestica industrijske upotrebe. Nomenklatura pokazatelja - Terminologija Gost 4.477 87: Sistem pokazatelja kvaliteta proizvoda. Akceleratori naplaćenih čestica industrijske upotrebe. Nomenklatura pokazatelja Izvorni dokument: 3. Osnovni uzorkovanje uzoraka odabrano iz grupe akceleratora, većina ... ... Uvjeti rješaka i tehničke dokumentacije rječnika

Akcelerator nabijenih čestica - Pogled na Fermilab, USA Accelerator centar. Tevatron (prsten u pozadini) i prsten ubrizgavače nabijene čestice CACELERATOR CLASS uređaja za dobivanje nabijenih čestica (osnovno ... Wikipedia

akcelerator (nabijene čestice) - Elektrofizički uređaj dizajniran za povećanje kinetičke energije naplaćenih čestica. Napomena Poražava je da se u akceleratorima energija čestica povećava za više od 0,1 MEV. [Gost R 52103 2003] Teme se ubrzava ... ... ...

grupne igrače nabijene čestice - Uređaj koji vrši fazni grupiranje napunjenih čestica. [Gost R 52103 2003] Teme HR nabijene čestice čestica čestice ... Katalog tehničkih prevoditelja