Cel mai mare accelerator de particule din lume se pregătește să înceapă. Acceleratoare liniare ale particulelor încărcate. Modul în care acceleratorii de particule încărcate funcționează. De ce aveți nevoie de acceleratori de particule încărcate? Accelerator de particule pentru ceea ce este necesar

Acceleratoarele particulelor încărcate
Acceleratori.

Acceleratoarele particulelor încărcate - Instalații pentru accelerarea particulelor încărcate la energii în care pot fi utilizate pentru cercetarea fizică, în industrie și medicină. Cu energii relativ scăzute, particulele accelerate folosesc, de exemplu, pentru a obține o imagine pe ecranul unui televizor sau a unui microscop electronic, generând raze X (tuburi de raze electronice), distrugerea celulelor canceroase, distrugerea bacteriilor. Atunci când accelerarea particulelor încărcate la energii care depășesc 1 MegaelectronVolt (MeV), acestea sunt utilizate pentru a studia structura microiectelor (de exemplu, nucleele atomice) și natura forțelor fundamentale. În acest caz, acceleratoarele particulelor percepute efectuează rolul surselor de particule de încercare care au sunetul obiectului studiat.

Rolul acceleratorului în experimentul fizic modern este ilustrat de model. Fasciculul colimat al particulelor de testare din accelerator este îndreptat spre ținta fină studiată care conține, de exemplu, kernelul unui element chimic și particulele țintă vizate sau alte produse ale interacțiunii lor cu kernelurile țintă sunt înregistrate de detector sau sistemul detectorilor. O analiză a rezultatelor experimentale oferă informații despre natura interacțiunii și structurii obiectului studiat.
Necesitatea de a utiliza acceleratoare pentru studiul unor astfel de microiecte ca nuclee atomice și particule elementare se datorează următoarelor. Primul, nucleele atomice și particulele elementare ocupă zone mici de spațiu (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.
Cunoscând dimensiunile obiectului studiat, este ușor să estimați energia particulelor de testare necesare pentru ao studia. Particulele au proprietăți de undă. Lungimea de undă a particulei depinde de pulsul său p și dă formula de Brogly

Aici H este o constantă de scânteie și 1 FM \u003d 10 -13 cm. Formula de mai sus oferă, de asemenea, relația dintre lungimea de undă a particulei relativiste și energia sa cinetică E în mega-electronvolvol.
În experimentul de împrăștiere, structura obiectului devine "vizibilă" (prin, de exemplu, difracția undelor de debroielă), dacă lungimea de undă de broglie este comparabilă sau mai mică decât dimensiunea (raza) obiectului R, adică. la λ. < R. Când utilizați electron în interiorul nucleelor, este posibilă "aspectul", dacă energia electronică va depăși 100 MeV. Pentru a observa structura nucleului, energia electronică trebuie deja calculată de GigaelectronVolt (1 GEV \u003d 10 9 EV).
Acceleratoarele diferă în tipul de particule accelerate, caracteristicile fasciculului (energie, intensitate etc.), precum și designul. Cele mai frecvente acceleratori de electroni și protoni, deoarece grinzile acestor particule sunt mai ușor de pregătit. În acceleratoarele moderne destinate studiului particulelor elementare, antiparticulele (pozitronii, antiprotonii) pot fi accelerate și pentru a crește eficiența utilizării energiei particulelor de pachete într-un număr de instalații, numite collinguri, după finalizarea ciclului de accelerator, Collide (pachete care se aprind).
Orice accelerator constă în mod constructiv din trei părți - sisteme în care "particule accelerabile (injector), un sistem de accelerator, în care particule cu energie redusă de la injector (de obicei formate sub formă de localizat în spațiul de ciorchini) măresc energia la proiectare și transport Sistem în vid înalt. Ieșire) Grinzi la instalarea experimentală.
Condiționat, din punctul de vedere al traiectoriei, conform căruia particulele se mișcă în timpul procesului de accelerare, acceleratoarele pot fi împărțite în două clase - liniare (și directe) și ciclice. În acceleratoarele liniare, particulele în procesul de accelerare se deplasează drept și în ciclic - fie pe aceeași cale închisă, trecând în mod repetat aceleași lacune de accelerare (sincrotroni) sau de-a lungul traiectoriei asemănătoare spiralei spirale (ciclotroni, microtroni, fasotroni) .

Conținutul articolului

Accelerator de particuleo instalare în care grinzile direcționale ale electronilor, protonilor, ionilor și a altor particule încărcate cu o energie semnificativ depășind energia termică sunt obținute utilizând câmpuri electrice și magnetice. În procesul de accelerare, vitezele particulelor cresc și adesea la valorile apropiate vitezei luminii. În prezent, numeroasele acceleratoare mici sunt utilizate în medicină (radioterapie), precum și în industrie (de exemplu, pentru implantarea ionului în semiconductori). Cei mai mari acceleratori sunt aplicați în principal în scopuri științifice - pentru a studia procesele subnleare și proprietățile particulelor elementare.

Conform mecanicii cuantice, un fascicul de particule, cum ar fi fasciculul luminos, este caracterizat printr-o anumită lungime de undă. Cu cât este mai mare energia particulelor, cu atât mai puțin această lungime de undă. Și cu atât mai mică lungimea de undă, cu atât mai puține obiecte care pot fi explorate, dar cu atât este mai mare dimensiunea acceleratoarelor și cele mai dificile. Dezvoltarea studiilor cu microxima a necesitat energia crescândă a fasciculului de sondă. Primele surse de emisii mari de energie au fost substanțe radioactive naturale. Dar ei au dat cercetătorilor doar un set limitat de particule, intensități și energii. În anii 1930, oamenii de știință au început să lucreze la crearea instalațiilor care ar putea da grinzi mai diverse. În prezent, există acceleratori pentru a obține orice tip de emisii de energie ridicată. Dacă, de exemplu, este necesară radiația cu raze X sau gamma, atunci electronii sunt expuși la accelerația, care apoi emit fotoni în procesele de frânare sau radiații de sincrotron. Neutronii sunt generați de bombardarea unei bucăți puternice de protoni sau deuteroni intensă.

Energia particulelor nucleare este măsurată în Slot electronic (EV). Conținutul electronic este energia pe care particula încărcată achiziționează, purtând o încărcătură elementară (încărcare electronică), atunci când se deplasează într-un câmp electric între două puncte cu o diferență potențială în 1 V. (1 EV "1,60219H 10 -19 J.) Acceleratoarele permit să primească energie în intervalul de la mii de până la câțiva trilioane (10 12) deținători de electroni - pe cel mai mare accelerator din lume.

Pentru a detecta procese rare în experiment, este necesar să se mărească raportul de semnal la zgomot. Acest lucru necesită surse de radiații din ce în ce mai intense. Marginea din față a tehnicilor moderne de accelerație este determinată de doi parametri principali - energia și intensitatea particulelor de fascicule.

Acceleratoarele moderne utilizează numeroase și variate tipuri de echipamente: generatoare de înaltă frecvență, electronică de mare viteză și sisteme automate de control, dispozitive complexe de diagnosticare și control, echipamente de legare ultrahigh, magneți puternici de precizie (atât "obișnuiți" cât și criogeni) și ajustări complexe și sisteme de fixare.

PRINCIPII DE BAZA

Schema principală de accelerare a particulelor prevede trei etape: 1) formarea unui fascicul și a injecției sale, 2) accelerația fasciculului și 3) de ieșire a grămadei la țintă sau implementarea coliziunii grinzilor care se apropie în accelerator în sine.

Formarea unui fascicul și a injectării sale.

Elementul inițial al oricărui accelerator este un injector în care există o sursă de debitul direcțional de particule cu energie scăzută (electroni, protoni sau alte ioni) și electrozi și magneți de înaltă tensiune, ieșire din sursă și formarea acestuia. În sursele de protoni ai primilor acceleratori, gazele de hidrogen a fost trecut printr-o zonă de evacuare electrică sau în apropierea firului fierbinte. În astfel de condiții, atomii de hidrogen își pierd electronii și unele nuclee rămân - protoni. O astfel de metodă (și similară cu alte gaze) într-o formă îmbunătățită este încă folosită pentru a obține grinzi de protoni (și ioni grei).

Sursa formează un fascicul de particule, care se caracterizează printr-o energie inițială medie, un curent de fascicul, dimensiunile sale transversale și o divergență medie a colțului. O emițătoare este servită ca indicator al calității fasciculului injectat, adică. Produsul razei fasciculului asupra divergenței sale unghiulare. Cu cât este mai mică emisiunea, cu atât este mai mare calitatea pachetului final de particule cu energie ridicată. Prin analogie cu optica curentului de particule împărțită de emițătoare (care corespunde densității particulelor împărțite la divergența unghiulară) se numește luminozitatea fasciculului. Multe aplicații ale acceleratoarelor moderne necesită luminozitatea maximă posibilă a grinzilor.

Accelerarea fasciculului.

Fasciculul este format în camere sau este injectat într-unul sau mai multe camere de accelerație în care câmpul electric mărește viteza și, prin urmare, energia particulelor. În primul, cele mai simple acceleratori, energia particulelor au crescut într-un câmp electrostatic puternic creat în interiorul unei camere de înaltă vid. Energia maximă realizată în același timp a fost determinată de rezistența electrică a izolatoarelor de accelerație. În mulți acceleratori moderni, acceleratoarele electrostatice de electroni și ioni sunt încă folosite ca injectori (până la ioni de uraniu) cu energii de la 30 kev la 1 MeV.

Obținerea de înaltă tensiune și astăzi rămâne o problemă tehnică complexă. Se poate obține un grup de taxe de condensatori conectați în paralel și apoi conectarea lor secvențial la secvența de tuburi de accelerator. În acest fel, în 1932, J. Kocroft și E.Oolton au primit tensiuni de până la 1 mv. Un dezavantaj practic semnificativ al acestei metode este acela că pe elementele externe ale sistemului este de înaltă tensiune, periculoasă pentru experimentatori.

O altă metodă de obținere a tensiunii de înaltă tensiune a fost inventată în 1931 R. Wa-de Graphoma. În generatorul Van-de grafic (figura 1), banda dielectrică transferă încărcături electrice dintr-o sursă de tensiune sub potențialul Pământului, la electrodul de înaltă tensiune, sporind astfel potențialul său față de Pământ. Un generator Van de Grapha cu o singură etapă vă permite să primiți tensiuni de până la 10 mV. În acceleratoarele de înaltă tensiune cu mai multe tensiuni, au fost obținute protoni cu energii de până la 30 MeV.

Dacă este necesar un fascicul non-continuu și un impuls scurt de particule de mare energie, atunci puteți utiliza faptul că izolatoarele sunt capabile să reziste la scurt tensiuni mult mai mari (mai puțin microsecunde). Diodele de impuls permit obținerea tensiunilor de până la 15 mV pe o cascadă în scheme cu impedanță foarte scăzută. Acest lucru vă permite să obțineți curenți de fascicul în mai multe zeci de kilosperi și nu în zeci de milliamperes, ca pe acceleratoarele electrostatice.

Metoda obișnuită de obținere a tensiunii de înaltă tensiune se bazează pe schema generatorului de impuls de Marx, în care bateria condensatoarelor primează mai întâi în paralel și apoi conectați secvențial și descărcat după un decalaj de descărcare. Pulsul de înaltă tensiune al generatorului intră într-o linie lungă care generează un impuls prin stabilirea timpului de creștere. Linia este încărcată cu electrozii care accelerează fasciculul.

Cu tensiune de accelerare de înaltă frecvență, designul acceleratorului poate rezista unor câmpuri electrice mult mai puternice, fără a se rupe decât cu tensiune constantă. Cu toate acestea, utilizarea câmpurilor de înaltă frecvență pentru accelerarea particulelor este împiedicată de faptul că semnul câmpului se schimbă rapid și câmpul se dovedește a fi accelerat, apoi încetinește. La sfârșitul anilor 1920, au fost propuse două moduri de a depăși această dificultate, care sunt acum utilizate în majoritatea acceleratoarelor.

Acceleratoare liniare

Posibilitatea de a utiliza câmpuri electrice de înaltă frecvență în acceleratoare lungi cu mai multe descărcări se bazează pe ceea ce se schimbă câmpul nu numai în timp, ci și în spațiu. În orice moment, puterea câmpului variază sinusoidal, în funcție de poziția în spațiu, adică. Distribuția câmpului în spațiu are o formă de undă. Și în orice punct de spațiu, se schimbă sinusoidal în timp. Prin urmare, câmpul Maxima se deplasează în spațiu cu așa-numita rată de fază. În consecință, particulele se pot mișca astfel încât câmpul local să fie accelerat tot timpul.

În sistemele de accelerație liniară, câmpurile de înaltă frecvență au fost aplicate pentru prima dată în 1929, când inginerul norvegian R. Videoe a fost accelerat de ioni într-un sistem scurt de rezonatoare asociate cu frecvență. Dacă rezonatorii sunt calculați astfel încât viteza de fază a câmpului este întotdeauna egală cu viteza particulelor, atunci în procesul de mișcare a acestuia în accelerator, pachetul este accelerat continuu. Mișcarea particulelor în acest caz este ca un surfer de alunecare pe creasta valului. În același timp, vitezele de protoni sau ioni din procesul de accelerare pot crește foarte mult. În consecință, viteza de fază velocitară ar trebui să crească v. Faze. Dacă electronii pot fi injectați într-un accelerator la o viteză apropiată de viteza luminii dinÎn acest mod, viteza de fază este aproape constantă: v. faze \u003d. c..

O altă abordare care elimină efectul fazei încetinite a câmpului electric de înaltă frecvență se bazează pe utilizarea unui design metalic, protejând un fascicul din câmp în această jumătate de perioadă. Pentru prima dată, această metodă a fost aplicată de E.Lorence în ciclotron ( vezi mai jos); Este, de asemenea, utilizat în acceleratorul liniar al lui Alvarez. Acesta din urmă este un tub de vacuum lung în care sunt localizate un număr de tuburi de drift metalic. Fiecare tub este conectat în mod constant la un generator de înaltă frecvență printr-o linie lungă, de-a lungul care, la o viteză apropiată de viteza luminii, valul de tensiune de accelerare (figura 2). Astfel, toate tuburile la rândul lor se dovedesc a fi ridicate. Particulele percepute care pleacă de la injector la momentul potrivit este accelerată în direcția primului tub, dobândind o anumită energie. În interiorul acestui tub, o vizită de particule - se deplasează la o viteză constantă. Dacă lungimea tubului este selectată corect, aceasta va ieși din acesta în momentul în care tensiunea de accelerare a avansat de o lungime de undă. În același timp, tensiunea pe cel de-al doilea tub va fi, de asemenea, accelerată și în valoare de sute de mii de volți. Acest proces este repetat de mai multe ori, iar în fiecare etapă, particula primește energie suplimentară. Pentru ca mișcarea de particule să fie sincron cu modificarea câmpului, lungimea tuburilor ar trebui să crească în mod corespunzător, lungimea tuburilor ar trebui să crească. În cele din urmă, viteza particulelor va ajunge la viteză, foarte aproape de viteza luminii, iar lungimea limită a tuburilor va fi constantă.

Modificările câmpului spațiale impun o restricție asupra structurii temporare a fasciculului. Câmpul accelerat se schimbă în grămadă de particule de orice lungime finală. Prin urmare, lungimea grămadei de particule trebuie să fie mică comparată cu lungimea de undă a câmpului de înaltă frecvență de accelerare. În caz contrar, particulele se vor accelera diferit în timpul ceasului. Prea multă împrăștiere a energiei în fascicul, nu numai că crește dificultățile de focalizare a fasciculului datorită prezenței aberației cromatice în lentilele magnetice, dar limitează, de asemenea, posibilitatea de a folosi un fascicul în anumite sarcini. Scatter energetic poate duce, de asemenea, la estomparea unei grăsimi de particule de fascicul în direcția axială.

Luați în considerare grămada de ioni nonrelativistici care se deplasează la viteza inițială v. 0. Puterile electrice longitudinale cauzate de o încărcătură spațială accelerează partea capului fasciculului și încetinesc coada. Sincronizarea mișcării de comerț a unui cheag cu un câmp de înaltă frecvență, este posibil să se obțină o accelerare mai mare a coastei ambreiajului decât capul. Într-o astfel de aliniere a fazelor de tensiune accelerată și a fasciculului, este posibil să se efectueze fazele fasciculului - pentru a compensa efectul de deficit al încărcăturii spațiale și răspândirea energiei. Ca urmare, într-un anumit interval al valorilor fazei centrale a grămadei, se observă că centrarea și oscilația particulelor față de o anumită fază a mișcării durabile. Acest fenomen, numit Autofazit, este extrem de important pentru acceleratoarele liniare ale ionilor și acceleratoarelor ciclice moderne de electroni și ioni. Din păcate, autofhasque este realizat prin prețul reducerii coeficientului de umplere al acceleratorului la valori, unități mult mai mici.

În procesul de accelerare, aproape toate grinzile detectează o tendință de creștere a razei din două motive: datorită repulsiei electrostatice reciproce a particulelor și datorită răspândirii vitezelor transversale (termice). Prima tendință slăbește cu o creștere a vitezei de fascicul, deoarece câmpul magnetic creat de curentul fasciculului, comprimă fasciculul și în cazul grinzilor relativi, aproape compensează efectul defocal al încărcăturii spațiale în direcția radială. Prin urmare, acest efect este foarte important în cazul acceleratoarelor de ioni, dar este aproape nesemnificativ pentru acceleratoarele electronice, în care pachetul este injectat cu viteze relativiste. Al doilea efect asociat cu emițătorul fasciculului este important pentru toți acceleratoarele.

Puteți păstra particule în apropierea axei folosind magneți cvadrupole. Adevărat, un singur magnet cvadrupol, concentrându-se particule într-una din avioane, în cealaltă pe care le defocalizează. Dar aici ajută la principiul "focus puternic", deschis prin e.kuratt, S. Livingston și H. Snider: un sistem de două magneți quadrupole, separat printr-un interval de span, cu alternarea avioanelor de focalizare și de defocubare, oferă în cele din urmă focalizarea toate avioanele.

Tuburile de drift sunt încă utilizate în acceleratoarele liniare de proton, unde energia fasciculului crește de la mai multe megaelectrice la aproximativ 100 MeV. În primele acceleratori liniară electronică, cum ar fi un accelerator la 1 GeV, construit în Universitatea Stanford (SUA), au fost utilizate și tuburi de drift de lungime constantă, deoarece pachetul a fost injectat la energia de aproximativ 1 MeV. În acceleratoarele electronice mai moderne, un exemplu de cea mai mare dintre acestea poate servi cu o lungime de 50 de metri lungime de 3,2 km, construită în centrul acceleratoarelor liniare, principiul "navigării electronice" pe un val electromagnetic este utilizat, care Vă permite să accelerați fasciculul cu creșterea energiei de aproape 20 MeV pe un metru de sistem de accelerare. În acest accelerator, puterea de înaltă frecvență la o frecvență de aproximativ 3 GHz este generată de instrumente electrovacuum mari - Klystron.

Acceleratorul liniar de protoni pe cea mai mare energie a fost construit în Laboratorul Național Losalamos din PC. New Mexico (SUA) ca o "Fabrica Meson" pentru a obține bujoane intensive și muonii. Rezonatorii săi de cupru creează un câmp de accelerare de ordinul 2 MeV / m, astfel încât acesta dă într-un fascicul de impuls la un proton de 1 mA cu o energie de 800 MeV.

Pentru a accelera nu numai protoni, dar ionii grei au fost dezvoltați sisteme superconductoare de înaltă frecvență. Cel mai mare accelerator liniar de protoni superconductori servește ca un injector de accelerație pe grinzile de cap din Hera în laboratorul german de sincrotire (DESI) din Hamburg (Germania).

Acceleratoare ciclice

Proton Cyclotron.

Există o modalitate foarte elegantă și economică de a accelera fasciculul prin comunicarea în mod repetat cu porțiuni mici de energie. Pentru a face acest lucru, cu un câmp magnetic puternic, un fascicul este forțat să se miște de-a lungul unei orbite circulare și să ia același decalaj de accelerare de mai multe ori. Această metodă a fost implementată mai întâi în 1930 E.Lurenns și S. Livingston în ciclotronul inventat. Ca într-un accelerator liniar cu tuburi de drift, un fascicul este protejat de acțiunea câmpului electric în acea jumătate de perioadă când acționează încet. Particula încărcată cu masă m. și o taxă q.se mișcă la viteză v. Într-un câmp magnetic H.direcționate perpendicular pe viteza sa, descrie în acest câmp un cerc cu o rază R. = mv./qh.. Deoarece accelerarea duce la o creștere a vitezei v., creșteri și rază R.. Astfel, protonii și ionii grei se mișcă de-a lungul spirală spirală a unei raze crescânde. Cu fiecare cifră de afaceri din orbită, pachetul trece prin decalajul dintre danguri - electrozi în formă de d mare de înaltă tensiune, unde un câmp electric de înaltă frecvență funcționează pe acesta (figura 3). Lawrence și-a dat seama că timpul dintre trecerea fasciculului prin decalajul în cazul particulelor non-relativiste rămâne constantă, deoarece creșterea vitezei lor este compensată prin creșterea razei. De-a lungul perioadei de apel, când câmpul de înaltă frecvență are o fază inadecvată, fasciculul este în afara decalajului. Frecvența circulației este dată de expresie

unde f. - frecvența tensiunii alternante în MHz, N. - rezistența câmpului magnetic în TL și mc. 2 - Masa particulelor din MeV. Dacă valoarea H. Constant în zona în care apare accelerația, frecvența f.Evident, nu depinde de raza.

Pentru a accelera ionii la energii mari, este necesar doar ca câmpul magnetic și frecvența tensiunii de înaltă tensiune să corespundă stării de rezonanță; Apoi, particulele vor fi de două ori pentru cifra de afaceri prin decalajul dintre roatari la momentul potrivit. Pentru a accelera fasciculul la energia de 50 MeV, cu o tensiune accelerată de 10 KEV, vor fi necesare 2500 de revoluții. Frecvența de funcționare a ciclotronului de protoni poate fi de 20 MHz, astfel încât timpul de accelerare este de aproximativ 1 ms.

Ca și în acceleratoarele liniare, particulele în procesul de accelerare în ciclotronul ar trebui să se concentreze în direcția transversală, altfel acestea sunt toate, cu excepția celor injectate cu viteze paralele cu vârfurile de pe magnet, abandonate din ciclul de accelerare. În ciclotronul, posibilitatea accelerării particulelor cu o variație finită în colțuri este asigurată prin dând câmpul magnetic al unei configurații speciale, în care forțele le returnate în acest plan sunt aplicate particulelor care provin din planul orbitei.

Din păcate, în conformitate cu cerințele de stabilitate ale grămadei particulelor accelerate, componenta de focalizare a câmpului magnetic ar trebui să scadă odată cu creșterea razei. Și aceasta contrazice condiția de rezonanță și duce la efecte care limitează intensitatea fasciculului. Un alt factor substanțial care reduce posibilitățile unui ciclotron simplu este creșterea relativistă a masei, deoarece consecința necesară a creșterii energiei de particule:

În cazul accelerării protoni, sincronizarea va fi încălcată din cauza creșterii în greutate relativistă de aproximativ 10 MeV. O modalitate de a menține sincronismul este de a modula frecvența tensiunii de accelerare, astfel încât să scadă pe măsură ce raza orbită crește și crește viteza particulelor. Frecvența ar trebui să varieze prin lege

O astfel de sincronizare Cyclotron poate accelera protoni la energia de câteva sute de megaelectroll. De exemplu, dacă rezistența câmpului magnetic este de 2 puncte, frecvența trebuie redusă de la aproximativ 32 MHz la momentul injectării până la 19 MHz și mai puțin atunci când energia este atinsă 400 MeV. O astfel de modificare a frecvenței tensiunii de accelerare ar trebui să apară pe mai multe milisecunde. După ce particulele ajung la cea mai mare energie și sunt de ieșire din accelerator, frecvența revine la valoarea sa inițială, iar acceleratorul introduce o nouă grămadă de particule.

Dar chiar și cu designul optim al magnetului și cele mai bune caracteristici ale sistemului de alimentare cu frecvență de înaltă frecvență, posibilitatea de ciclotroni este limitată la considerații practice: pentru a ține pe orbita particulelor accelerate cu energie ridicată, sunt necesare magneți extrem de mari. Astfel, masa magnetului ciclotron la 600 MeV, construită în laboratorul de triumf din Canada, depășește 2000 de tone și consumă energie electrică despre mai multe megawați. Costul construcției siciklotronului este aproximativ cubul razei magnetului. Prin urmare, pentru a obține energii mai mari cu costuri practic acceptabile necesită noi principii de accelerare.

Proton sincrotron.

Costul ridicat al acceleratoarelor ciclice este asociat cu o rază mare a magnetului. Dar puteți deține particule în orbită cu o rază constantă, mărind tensiunea câmpului magnetic, deoarece energia lor crește. Un accelerator liniar injectat în acest orbită un fascicul de particule de energie relativ mică. Deoarece câmpul de reținere este necesar numai într-o regiune îngustă lângă orbita fasciculului, nu este nevoie de magneți care să acopere întreaga zonă orbită. Magneții sunt situați numai de-a lungul camerei de vid inel, care oferă o economie imensă de costuri.

O astfel de abordare a fost implementată în Sincrotronul Proton. Primul accelerator de acest tip a fost "cosmod" pe energia de 3 GeV (figura 4), care a început să lucreze în laboratorul național Brookhaven în 1952 în Statele Unite; El a urmat în curând "Bevatron" cu privire la energia a 6 gev, construită în laborator. Lawrence de la Universitatea din California din Berkeley (SUA). Construit în mod specific pentru detectarea antiprotonului, a funcționat timp de 39 de ani, demonstrând durabilitatea și fiabilitatea acceleratoarelor de particule.

În sincrotronii primei generații, construite în SUA, Marea Britanie, Franța și URSS, concentrarea a fost slabă. Prin urmare, amplitudinea oscilațiilor radiale ale particulelor în procesul de accelerare a acestora a fost mare. Lățimea camerelor de vid a fost de aproximativ 30 cm, iar în acest caz, a fost necesară monitorizarea cu atenție a configurației câmpului magnetic.

În 1952, descoperirea a fost făcută, care a permis să reducă brusc fluctuațiile fasciculului și, în consecință, dimensiunea camerei de vid. A fost principiul concentrațiilor puternice sau dure, dur. În sincrotronii moderni de protoni cu magneți cvadrupole superconductori situați sub o schemă de focalizare puternică, camera de vid poate fi mai mică de 10 cm în diametru, ceea ce duce la o scădere semnificativă a consumului de mărime, cost și de putere al magneților de focalizare și deformare.

Primul sincrotron bazat pe acest principiu a fost "sincrotron cu un gradient variabil" pe energia de 30 GeV în Brookheven. O instalare similară a fost construită în laboratorul Organizației Europene a Cercetării Nucleare (CERN) de la Geneva. La mijlocul anilor 1990, ambii acceleratori erau încă în funcțiune. Apertura de "sincrotron cu un gradient variabil" a fost de aproximativ 25 de ori mai mică decât cea a "cosmod". Puterea consumată de magnet la energia de 30 GeV a corespuns aproximativ puterii consumate de magnetul "cosmod" la 3 GeV. "Sincrotronul cu un gradient variabil" a accelerat 6 ore 103 protoni în impuls, care a corespuns celei mai înalte intensități între setările acestei clase. Focalizarea în acest accelerator a fost efectuată de aceiași magneți ca și fasciculul deviat; Acest lucru a fost realizat prin accentul formei de magnet de formă prezentată în fig. 5. În acceleratoarele moderne pentru abaterea și focalizarea fasciculului, de regulă, se utilizează magneți separați.

Astfel, în experimentele cu o țintă de odihnă asupra "Tevatron", energia utilă este de numai 43 GeV.

Dorința de a folosi în studiile particulelor ca energii înalte, a dus la crearea în CERN și la laboratorul. E.FEMI Proton-Antiproton Colliders, precum și un număr mare de instalații din diferite țări cu grinzi de positron de contra. În primul coliziune proton, coliziunea protonilor și a antiprotonilor cu energii de 26 GeV a avut loc în inel cu o lungime a cercului 1,6 km (figura 6). În câteva zile, a fost posibilă acumularea pachetelor cu un curent la 50 A.

În prezent, coliziunea cu cea mai mare energie este "Tevatron", pe care se efectuează experimente cu coliziunea fasciculului de protoni care au energia de 1 TEV, cu un contra-bug de antiprotoni de aceeași energie. Pentru astfel de experimente, sunt necesare antiprotonii, care pot fi obținute, bombardând fasciculul de protoni de înaltă energie din ținta metalică din ciclul metalic. Antiprotonii născuți în aceste coliziuni sunt acumulate într-un inel separat la 8 energie GeV. Atunci când sunt acumulate destul de multe antiprotonii, ele sunt injectate în "inelul principal", sunt accelerați la 150 GeVS și injectați în continuare în Tevatron. Aici, protoni și antiprotoni sunt accelerați simultan pentru a finaliza energia și apoi a răspândi coliziunile. Pulsul total al particulelor de ciocnire este zero, deci toată energia 2 E. Se pare că este utilă. În cazul lui Tevatron, ajunge la aproape 2 TEV.

Cea mai mare energie în rândul collanterelor de electroni-pozitroni a fost realizată pe un "inel de stocare mare de pozitroni" în CERN, unde energia grinzilor de ciocnire în prima etapă a fost de 50 GeV pe pachet, apoi până la 100 GeV pe pachet . În Desi, a fost construit coliziunea lui Gera, în care apar coliziunile electronilor cu protoni.

Acest câștig imens de energie este realizat prin prețul unei reduceri semnificative a probabilității coliziunilor dintre particulele de grinzi care se apropie de densitatea redusă. Frecvența coliziunilor este determinată de luminozitatea, adică Numărul de coliziuni pe secundă, însoțit de o reacție de acest tip având o anumită secțiune. Luminozitatea depinde liniar de energia și curentul fasciculului și este invers proporțional cu raza sa. Energia fasciculului a coliziunii este aleasă în conformitate cu scara energetică a proceselor fizice studiate.

Pentru a asigura cea mai mare luminozitate, este necesar să se atingă o densitate maximă posibilă a grinzilor la locul întâlnirii lor. Prin urmare, principala sarcină tehnică din designul collierelor se concentrează pe grinzile la locul întâlnirii lor în fața dimensiunilor foarte mici și o creștere a curentului fasciculului. Pentru a obține luminozitatea dorită, pot fi necesare curenți de mai mult de 1 A.

O altă problemă tehnică excepțional de complexă este legată de necesitatea de a furniza un vid ultrahigh în camera colectorului. Deoarece coliziunile dintre particulele de grinzi apar relativ rar, coliziunile cu molecule de gaz reziduale pot slăbi semnificativ grinzi, reducând probabilitatea de interacțiuni studiate. În plus, împrăștierea grinzilor pe gazul rezidual oferă un fundal nedorit în detector, capabil să deghizeze procesul fizic studiat. Vacuumul din camera Collider trebuie să se întindă în decurs de 10 -9 -10 -7 PA (10 -11-10-9 mm Hg. Artă.) În funcție de luminozitate.

La energii mai mici, puteți accelera grinzi de electroni mai intense, ceea ce face posibilă explorarea decăderii rare. ÎN- I. LA- măsurarea cauzată de interacțiunile electroslabului. O serie de astfel de instalații, denumite uneori "fabrici de aromă", sunt în prezent construite în SUA, Japonia și Italia. Astfel de instalații au două inele cumulative - pentru electroni și pentru postroni intersectați în una sau două puncte - zone de interacțiune. Fiecare inel conține multe bucăți de particule cu un curent complet de mai mult de 1 A. Energiile grinzilor sunt selectate cu un astfel de calcul, astfel încât energia utilă să corespundă rezonanței, care dezintegrează particulele de scurtă durată - ÎN- sau LA- Sezoane. Designul acestor instalații este semnalul electronic de sincrotron și inele cumulative.

Colideri liniare.

Energia colidatorilor ciclici de electroni-pozitroni este limitată la radiații intense de sincrotrtron, care este emisă de grinzile particulelor accelerate ( vezi mai jos). Acest deficit nu este în colideri liniari, în care radiația de sincrotron nu afectează procesul de accelerare. Colliderul liniar constă din cele două acceleratoare liniare pentru energii mari, grinzi de mare intensitate din care - electronic și positron - sunt îndreptate unul spre celălalt. Punctele sunt găsite și condmate doar o singură dată, după care sunt evacuate în absorbanți.

Primul colidator liniar este "Stanford Linear Collder", folosind acceleratorul liniar Stanford, cu o lungime de 3,2 km și funcționând la o energie de 50 GeV. În sistemul acestui coliziune, ciorchinii de electroni și postroni sunt accelerați în același accelerator liniar și sunt separați prin realizarea grinzilor de energie completă. Apoi, cheagurile electronice și positron sunt transportate de arce separate, a cărui formă seamănă cu un tub de stetoscop medical și se concentrează pe un diametru de aproximativ 2 μm în domeniul interacțiunii.

Noi tehnologii.

Căutarea unor metode mai economice de accelerare a condus la crearea de noi sisteme de accelerare și generatoare de înaltă frecvență de putere mare, care funcționează în intervalul de frecvență de la 10 la 35 GHz. Luminozitatea collanterii electron-pozitron trebuie să fie extrem de ridicată, deoarece secțiunea transversală a proceselor scade ca o piață a energiei de particule. În consecință, aceasta și densitatea grinzilor trebuie să fie extrem de ridicată. Într-o coliziune liniară pe energie de aproximativ 1 TEV, dimensiunile grinzilor pot ajunge la 10 nM, ceea ce este mult mai mic decât dimensiunile fasciculului în "Stanford Linear Collider" (2 μm). Cu atât de mici dimensiuni de grinzi, sunt necesare magneți foarte puternici cu regulatoare electronice electronice complexe pentru a se potrivi cu acuratețe elementelor de focalizare. În timpul trecerii grinzilor electronice și positroni unul în celălalt, interacțiunea lor electrică este neutralizată, iar magnetul este îmbunătățit. Ca rezultat, câmpurile magnetice pot ajunge la 10.000 T. Astfel de câmpuri gigantice sunt capabile să deformeze puternic grinzile și să conducă la o scottor de energie mare datorită generației de radiații de sincrotron. Aceste efecte, împreună cu considerațiile economice asociate cu construirea de mașini din ce în ce mai extinse, vor pune limita de energie realizabilă pe colligatori electronici electronici.

Drive electronice

Sincrotronii electronici se bazează pe aceleași principii ca și Proton. Cu toate acestea, datorită unei singure caracteristici importante, acestea sunt mai ușoare de termeni tehnici. Mica masa de electroni vă permite să injectați un pachet la viteze aproape de viteza luminii. Prin urmare, creșterea în continuare a energiei nu este asociată cu o creștere vizibilă a vitezei, iar sincrotronii electronici pot funcționa la o frecvență fixă \u200b\u200bde accelerare a tensiunii dacă pachetul este injectat cu o energie de aproximativ 10 MeV.

Cu toate acestea, acest avantaj este redus de o altă consecință a e-masei. Deoarece electronul se mișcă de-a lungul unei orbite circulare, se mișcă cu accelerație (centripetală) și, prin urmare, emite fotoni - radiații, numit sincrotron. Putere R. Radiația sincrotronică este proporțională cu cel de-al patrulea grad al energiei fasciculului E. și curent I., precum și invers proporțional cu raza inelului R.astfel încât este proporțională cu magnitudinea ( E./m.) 4 Ir. -unu . Această energie, care este pierdută la fiecare cifră de afaceri a fasciculului de electroni pe orbită, ar trebui să fie compensată de tensiunea de înaltă frecvență furnizată lacunelor de accelerare. În calculul calculat pe intensitățile mari ale "fabrici de aromă", astfel de pierderi de putere pot ajunge la zeci de megawați.

Acceleratoarele ciclice ale tipului de sincrotroni electronici pot fi, de asemenea, utilizați ca unități de curenți mari de circulație cu energie mare constantă. Astfel de unități au două aplicații de bază: 1) în studiile de kernel și particule elementare prin metoda grinzilor care se apropie mai sus și 2) ca surse de radiații de sincrotron utilizate în fizica atomică, știința materialelor, chimie, biologie și medicină .

Energia medie a fotonilor de radiație a sincrotronului este proporțională ( E./m.) 3 R. -unu . Astfel, electronii cu o energie de aproximativ 1 GeV care circulă în acumulator emit o radiație intensivă de sincrotron în benzile ultraviolete și raze X. Majoritatea fotonilor sunt emise într-un colț vertical îngust de ordine m./E.. Deoarece raza grinzilor de electroni în acționări moderne pentru energie aproximativ 1 GeV este măsurată cu zeci de micrometri, grinzile emise de ele raze X sunt caracterizate prin luminozitate ridicată și, prin urmare, pot servi ca un mijloc puternic de studiere a structurii substanței . Radiația este emisă de tangentă la traiectoria curbilinară a electronilor. În consecință, fiecare magnet deflectant al inelului cumulativ electronic atunci când cheagul electronic trece prin el, creează un "fascicul de lumină reflectorului" de radiație. Acesta este afișat în canalele de vacuum lungi tangente în camera principală de cameră de vid. Situat de-a lungul acestor canale, sloturile și colimatorii formează grinzi înguste, dintre care gama dorită de energie cu raze X se distinge folosind monocromatorii.

Primele surse de radiație a sincrotronului au fost setările, construite inițial pentru a rezolva problemele fizicii cu energie înaltă. Un exemplu este unitatea electronică Stanford Positron-Electronic pentru energia 3 GeV în laboratorul Stanford de radiație de sincrotron. În acest moment, au fost deschise mezonii "fascinați" la un moment dat.

Primele surse de radiații de sincrotron nu au fost flexibilitatea care le-ar permite să satisfacă diversele nevoi ale sutelor de utilizatori. Creșterea rapidă a necesității radiației de sincrotron cu un flux mare și o intensitate mare a fasciculului a determinat sursele de a doua generație concepute pentru a satisface nevoile tuturor utilizatorilor posibili. În special, au fost selectate sistemele de magneți care reduc emiterea fasciculului de electroni. Emițătoare mică înseamnă dimensiuni mai mici ale fasciculului și, prin urmare, luminozitatea mai mare a sursei de radiații. Reprezentanții tipici ai acestei generații au fost acționate în Brookheven, care au servit ca surse de radiații cu raze X și radiații ale regiunii ultraviolete vid ale spectrului.

Luminozitatea radiației poate fi, de asemenea, mărită, forțând fasciculul să se deplaseze de-a lungul unei traiectorie sinusoidale într-o structură magnetică periodică și apoi combinarea radiației care apar la fiecare îndoire. Ondudulatoare - Structuri magnetice care oferă o astfel de mișcare, sunt o serie de dipoli magnetice care deflectează un fascicul într-un unghi mic situat într-o linie dreaptă pe axa fasciculului. Luminozitatea radiației unui astfel de undleft poate sute de ori depășește luminozitatea radiației care apar în magneții deformare.

La mijlocul anilor 1980, au început sursele de radiație de sincrotron din a treia generație cu un număr mare de astfel de undoane. Printre primele surse ale celei de-a treia generații, este posibil să se menționeze "sursa de lumină îmbunătățită" cu 1,5 energie GeV în Berkeley, generând raze x soft, precum și o "sursă de foton îmbunătățită" cu energia 6 GeV în Argonne National Laborator (SUA) și sincrotron pentru energia 6 GeV în centrul european pentru radiații de sincrotron din Grenoble (Franța), care sunt utilizate ca surse de raze X rigide. După construirea de succes a acestor instalații, au fost create o serie de surse de radiație de sincrotron și în alte locuri.

Noul pas în direcția luminozității mai mari în intervalul de la raze X rigide la raze X rigide este asociat cu utilizarea unui dipole magnetice "calde" care deflectează magneți cu un câmp magnetic cu un câmp magnetic cu un câmp magnetic de aproximativ 1,5 T. și multă dipoluri magnetice supraconductoare cu un câmp în mai multe Tesla. Această abordare este implementată într-o nouă sursă de radiație a sincrotronului, creată la Institutul de P. Sheerrera din Elveția și când modernizează sursa din Berkeley.

Utilizarea radiațiilor de sincrotron în cercetarea științifică a câștigat o mare amploare și continuă să se extindă. Luminozitatea excepțională a unor astfel de grinzi cu raze X vă permite să creați o nouă generație de microscoape cu raze X pentru a studia sistemele biologice în mediul lor normal de apă. Posibilitatea unei analize rapide a structurii de virusuri și proteine \u200b\u200bpentru a dezvolta noi preparate farmaceutice cu o concentrare îngustă asupra factorilor patogeni și efecte secundare minime sunt deschise. Grinzile luminoase cu raze X pot servi drept microproduri puternice pentru a identifica cele mai nesemnificative cantități de impurități și contaminanți. Ei fac posibilă analiza foarte rapid a probelor de mediu în studiul căilor de poluare a mediului. Acestea pot fi, de asemenea, utilizate pentru a estima gradul de puritate a plăcilor de siliciu mari înainte de procesul costisitor de fabricare a circuite integrate foarte complexe și deschid noi perspective pentru metoda de litografie, permițându-vă să creați circuite integrate cu elemente mai mici de 100 nm.

Acceleratoare în medicină

Acceleratoarele joacă un rol practic important în terapia medicală și diagnosticare. Multe instituții de spitale din întreaga lume au de astăzi la dispoziție acceleratori electronici electronici electronici care generează radiații cu raze X intensive utilizate pentru terapia tumorală. Folosiți frumos ciclotoane sau sincrotroni care generează grinzi de protoni. Avantajul protonilor în tratamentul tumorilor în fața radiației cu raze X constă dintr-o eliberare de energie mai localizată. Prin urmare, terapia Proton este deosebit de eficientă în tratamentul tumorilor și ochilor cerebrale, când deteriorarea țesuturilor sănătoase din jur ar trebui să fie la fel de minimă .

Acceleratoarele particulelor încărcate - Instalațiile care servesc pentru a accelera taxa. Particule până la energii mari. Cu formularea obișnuită, acceleratoarele (U.) NAZ. Instalații concepute pentru a accelera particulele la energii mai mult \ Mev. La Record-Run Protons - Tewatron a ajuns la energia de 940 GeV (laboratorul lor. Fermi, SUA). Cel mai mare accelerator al electronilor LEP (CERN, Elveția) accelerează grinzile de comandă a electronilor și a postronilor la energia de 45 GeV (după instalare, energia dispozitivelor de accelerare poate fi mărită de două ori). W. utilizat pe scară largă ca în domeniul științei (generația de particule elementare, studiul proprietăților lor și al structurilor interne, primind non-nuclizi, studiul reacțiilor nucleare, radobiol., Studii, lucrări în domeniul fizicii corpului solid etc.) și în scopuri aplicate (sterilizarea echipamentelor medicale, materiale etc., detectarea defectelor, fabricarea elementelor de microelectronică, producția de radiofarmacologie. Pregătiri pentru diagnosticare medicală, radiații. Tehnologii în artă - arte, polimerizare de lacuri , modificarea materialelor, de exemplu, cauciuc, făcând conducte de uscare la căldură etc.).

În toate funcționarea W. Creșteți taxa de energie. Particulele apar sub acțiunea longitudinală externă (îndreptată de-a lungul vitezei particulelor accelerate) ale electricului. Câmpuri. Există metode de accelerare cu câmpuri create de alte particule sau e-mailuri în mișcare. Valurile, care sunt încântați sau modificate de grămadă de particule accelerate sau de alte grinzi ( metode de accelerare colectivă) . Metodele skollective permit teoretic cresc brusc rata de accelerare (energia câștigată pe \ m) și intensitatea grinzilor, dar până acum nu au dus la un succes serios.

W. include următoarele elemente: sursa particulelor accelerate (electroni, protoni, antiparticule); Generatoare electrice. sau el-mag. câmpurile de accelerare; Camera de vid, în care particulele se deplasează în procesul de accelerare (într-o accelerare densă pentru mediul de gaze. Particulele sunt imposibile datorită interacțiunii lor cu moleculele de gaz care umple camera); Dispozitive care servesc pentru fascicul de intrare () și de eliberare (ejectare) de la y.; dispozitive de focalizare care oferă longitudini, mișcarea particulelor fără lovituri în jurul peretelui camerei de vid; Magneți, care curbează traiectoriile particulelor accelerate; Dispozitive de cercetare și corectare a poziției și configurației grinzilor accelerate. În funcție de caracteristicile lui W. unul sau mai multe dintre elementele enumerate din ele pot fi absente.

În scopul radiațiilor. Securitatea W. este înconjurată de pereți de protecție și suprapuneri (Biol. Protecție). Grosimea și selecția materialului de protecție depind de energie și de intensitatea grinzilor accelerate. Acceleratoare de energie de peste mai multe. GEV în scopuri de securitate plasate, de obicei, sub pământ.

Conform principiului dispozitivului distinge acțiunea W. direct, sau acceleratoare de înaltă tensiune (Accelerare în post, electric. Câmp), acceleratoare de inducție (Accelerația în Vortex Electric. Câmpurile care decurg din schimbarea lui Magne) și rezonant U., în romi, la accelerație sunt utilizate în H El - Mag. Câmpuri. Toate validile W. la energii extrem de mari aparțin ultimului tip.

Modern W. sunt împărțite în două clase mari: acceleratoare liniare și acceleratoare ciclice. În linia V. Traiectoriile particulelor accelerate sunt aproape de liniile drepte. Pe întreaga lungime a unor astfel de stații de accelerare sunt localizate. Cea mai mare dintre linia de lucru W. (electronică W. din Stanford) are o lungime de mile (3,05 km). Linear W. vă permite să obțineți fluxuri puternice de particule, dar la energii mari sunt prea scumpe. În ciclick. W. "Conducerea" Magn. Câmpul încurajează traiectoriile particulelor accelerate, transformându-le în cercuri ( acceleratoare de inel sau sincrotroni) sau spirale ( ciclotoni, Fazotroni, betatroni și microtroni) .Tube U. conține unul sau mai multe dispozitive de accelerare, la particulele to-ry sunt returnate în mod repetat în timpul accelerației, ciclu.

Trebuie remarcat diferența dintre particulele de lumină W. (electroni și positroni), care este de obicei numită. electronic u., și u. particule grele (protoni și ioni).

Acceleratoare electronice. Caracteristicile electronice în. asociate cu două motive. Viteza electronilor și a postronilor deja cu energii mici (mai multe MEV) diferă puțin de viteza luminii și poate fi, de obicei, considerată o constantă, ceea ce simplifică în mod semnificativ și îl reduce, electroni și pozitroni în Mag. Câmpurile pierd o mulțime de energie pe El - Mag. radiații ( radiația sincrotronică). În ciclick. W. Aceste pierderi conduc fie la dimensiuni uriașe ale U. (cu pierderi de curbură de raze mari la scăderea radiațiilor de sincrotrotron) sau de a avea o stații puternice de accelerare, foarte apreciate de radiațiile W. sincrotronice joacă și puse, rol: aceasta duce la o scăderea dimensiunii fasciculului accelerat facilitează crearea unitățipermițându-vă să efectuați experiențe grinzi viitoare.

Inel electronic U. sunt utilizate ca surse de radiație de sincrotron în UV sau în RentG. Gamă. Datorită densității ridicate a radiațiilor și a orientării sale acute ciclick. W. sunt surse unice de e-mail. Valuri de intervale specificate. Pierderile mari de electroni pe radiații sunt adesea forțate să dea preferință liniei U.

Acceleratoare de particule grele (Premisa protonilor) sunt foarte diferite de la electronic u. Pierderea de energie la radiația de sincrotron în ele cu atingerea în prezent, timpul de energie (~ \ TEV) sunt practic absente și menținerea unei rate ridicate de accelerare este, de obicei, neprofitabilă (deoarece puterea petrecută pe puterea stațiilor de accelerare este proporțională cu pătratul tensiunii electricității. Câmpurile și crește rapid cu creșterea ratei de accelerare). Absența radiației de sincrotron vizibilă duce la faptul că amplitudinea particulelor transversale accelerează în procedeu, ciclul se estompează relativ lent (ca o rădăcină pătrată a pulsului particulelor) și rezistența mișcării în absența specialelor. Măsurile sunt încălcate cu perturbații relativ slabe. Toate particulele grele pe energia înaltă aparțin tipului de ciclic. ^ Iv.

În anii '90. Inelele acumulative și contra inelelor devin din ce în ce mai importante, în care pachete de încărcături dense. Particulele circulă mult timp, timp fără a-și schimba energia. Astfel de inele sunt utilizate pentru a efectua reacții între particulele care se deplasează unul spre celălalt (mănunchiuri), pentru acumularea de ioni și particule, direct în natură care nu apar (pozitroni și antiprotoni), precum și pentru a genera radiații de sincrotron. Atunci când interacțiunea particulelor care se îndreaptă spre celălalt poate fi realizată de toată energia atacată de ei, în timp ce interacțiunea particulelor accelerate cu părți fixe, cea mai mare parte a energiei este asociată cu mișcarea centrului de masă a particulelor și nu este implicată în reacții.

Referință istorică. Dezvoltarea W. a început în anii 1920. Și el a urmărit împărțirea nucleelor \u200b\u200batomice. Înainte ca alții să fie creați generatoare electrostatice [R. Van de Graaf (R. van de Graaf)] și generatoare de cascadă [J. Cockroft (J. Cockroft) și E. Walton (E. Walton)], aparținând clasei de acțiune directă W. și apoi primul ciclu. Rezonant U.- [E. Lawrence (E. Lawrence), 1921]. În 1940 D. Kerst (D. Kerst) a construit primul W. Indukz. Tip - betatron.

În anii '40 A apărut teoretic. Lucrări, în care a fost investigată stabilitatea mișcării particulelor accelerate. În primele lucrări ale acestui ciclu [V. I. Waxler și Amer. Fizicianul E. McMillan (E. McMillan) a fost considerat stabilitatea mișcării longitudinale (f și s o v o), a fost formulată principiul aetofazovka.. Apoi, lucrul a apărut la crearea teoriei mișcării transversale a oscilațiilor particulelor-beta-tron, ceea ce a dus la descoperirea unui focalizare puternică (alternantă) [N. Christophilos (N. Christophilos), 1950; E. Kuranta (E. CRANT), M. Living Ston (M. Livingston), X. Snyder (N. Snyder), 1952] care stau la baza tuturor scusului. Mare u.

Dezvoltarea rapidă a tehnologiei puternic în radioul H. Dispozitivele care au avut loc în timpul celui de-al doilea război mondial din 1939-24 au făcut posibilă începerea creării liniare W. pentru energii mari. În linia electronică W. utilizat de Electric. Domeniul de valuri de călătorie ale domeniului decimetrului într-un diafragmir. Coduri de undă, în proton - dezvoltate de L. Alversome (L. Alvarez) dintr-o gamă de metri încărcate cu tuburi blânde. La început. părți ale unei astfel de apă sunt din ce în ce mai mult folosite de W. cu quadrupteed Frecvență de înaltă frecvență (Denumirea RFQ), în crearea de terenuri de la-secară. Rolul a fost jucat de V. V. Vladimirsky, I. M. Kapchain și V. A. Teplyakov.

Când construiește ciclick-uri. W. Găsiți mai mult și mai multă utilizare a magnezilor supraconductori. Sisteme. Magneții supraconductori sunt utilizați în ciclodedroni pentru a crea un post. Magn. Câmpuri și B. sincrotronii protoni-Pentru generație încet (timp de mai multe secunde) Schimbarea Magn. Câmpuri. Așa funcționează cel mai mare din actualul proton Synchtrons-Tevatron (SUA).

Până la anii '80. OSN. Descoperirile din fizica particulelor elementare au fost făcute pe sincrotronii protoni. Acum, multe rezultate interesante sunt obținute pe acceleratoarele inelului de electron-positronice și antiprotonice cu fascicule (la aproximativ l l și y d e r a x). Avantajele unui astfel de W. Înainte de cele obișnuite: 1) creaturi. o creștere a energiei de interacțiune (în sistemul central de masă); În cazul ultrarelativist, are întotdeauna loc pe grinzile care se apropie, această energie crește de la Cu coliziunea particulelor rapide cu un nucleu țintă fix înainte de coliziune ( t.- masa atomilor de compactare și a atomilor țintă, - energia plină de particule accelerate); 2) o scădere bruscă a fundalului din reacții străine. OSN. Lipsa de coliziune este o scădere semnificativă (prin mai multe ordine) o scădere a numărului de interacțiuni (în același timp). Tehnica inelelor de inel cu grinzile de contra-Ron-Ron a fost stăpânită în 1961 (un accelerator pentru energia 2 x 250 MeV în Frascatti, Italia), iar instalațiile cu contor de proton și grinzi antiprotonice au apărut numai după metodele lui El EL CT a fost propus R o N N O G O (A. M. Budker, 1967) și cu T Aproximativ x și cu T și CH E C O G O [S. Van der Meer (S. van der), 1972] Despre x l și y d e n și am particule silențioase (vezi Grinzi de răcire Haq ha c și c). Mai multă atenție este acordată dezvoltării nonraditului. Metodele de accelerare: metode colective, accelerare pe bătăile de câmpuri laser, accelerația în câmpurile de flood, etc. Începutul acestor lucrări a fost pus de V. I. Vesksler, A. M. Budker și Ya. B. Fainberg. Cu toate acestea, O. Pe baza acestor idei nu au fost încă create.

Acceleratoare de acțiune directă. În aceste W. Charling. Particulele măresc energia în permanentă sau quasipoprose (care nu se schimbă în timpul particulei de la o parte câștigă energie completă) electrică. Câmpuri. În acest caz, energia dobândită de particule este egală cu sarcina lor înmulțită cu diferența dintre potențiale. Energia maximă realizabilă a particulelor în acțiunea directă este determinată de cea mai mare diferență de potențiale (15-18 MB), camera K poate fi creată fără defalcare fizică. Instalații. În toate acțiunile U. direct, ultimul electrod al sistemului de accelerare este sub potențialul Pământului, deoarece numai în acest caz particulele derivate din W. Particulele nu își pierd energia dobândită cu mișcări ulterioare.

U. Acțiunea directă include electrostatic. Generatoare, generatoare cascade și reîncărcați acceleratoarele (sau tandem u.). Particulele accelerate în acest lucru se mișcă înăuntru și de-a lungul unei țevi realizate din izolați. Material (de obicei porțelan), un vid este creat în interiorul unui roi, care este necesar pentru mișcarea nelegală a particulelor accelerate, iar exteriorul (sub presiune înaltă) este injectat cu grijă uscat, eliberat de amestecul de gaz de oxigen (cel mai adesea azot cu amestec de amestecare Sulf hexphorus), care împiedică dezvoltarea electrică. Doarme. Există o diferență potențială accelerată (figura 1) între electrozii situați în capetele tubului. Electric. Câmpul îndreptat de-a lungul axei tubului este egal cu metalul. Despică. Inele legate de Omich. Divider de tensiune.

În cazul în care, de exemplu, tensiunea înaltă este creată utilizând o bandă rapidă în mișcare din material izolator, de exemplu. cauciuc. În partea de joasă tensiune a instalării pe bandă este aplicată de electric. încărca. Această încărcare rulează pe o panglică cu metal. Ace percepute de la specialitate. Generator până la mai multe. zeci de pătrate. Banda în mișcare transferă încărcarea în partea de înaltă tensiune a U., amplasată în interiorul metalului gol. Capac. Acolo este scos încărcarea din bandă cu ajutorul aceluiași ac și curge de la ele la suprafața exterioară a capacului. Potențialul capacului (și întregul echipament închis în interiorul acestuia, incluzând sursa de ioni și electrodul de înaltă tensiune al tubului) ca încărcături sunt primite în mod continuu crește și este limitat la defalcare.

Smochin. 1. Schema tubului de accelerație.

În K și C K a D N Y C N e r A T O R A X Pentru a crea diferențe potențiale mari, se utilizează scheme de multiplicare a tensiunii.

În N e r e z a r i d n y x u a accelerat mai întâi invers. ioni (atomi care conțin un electron în exces) și apoi, după îndepărtarea a doi (sau mai mulți) electroni, - puneți la presare. Ioni. Atât sursa, cât și dispozitivele de ieșire ale unui astfel de W. sunt sub potențialul Pământului, iar tensiunea de înaltă tensiune echipată cu un electrod de dispozitiv de rimpabil este situată în CP. Părți ale W. reîncărcabile W. permise fără defalcare pentru a primi de două ori (și cu un hub mai profund și mai mari) valori de energie.

Acceleratoare de inducție. La inductori. W. aparține betatronului și inductorilor liniari. W.

Smochin. 2. Incizia conceptuală a unui betatron: 1 - stalpi de magnet; 2 -Dectificarea unei camere de vid inel; 3 -core; 4 - lichidarea electromagnetică; 5 - Magnet Yarmo..

Diagrama dispozitivului de betatron este prezentată în fig. 2. Particulele accelerate (electroni) se mișcă într-o cameră de vid inel 2 Situat în clearance-ul unui electromagnet ( 1 - Poli de magnet). Ele accelerează vortexul electric. Câmpul este încântat când Magicul este schimbat. Flux, permeatarea orbitei particulelor accelerate. OSN. O parte din acest flux trece prin miez 3 Situat în centru. Părți ale betatronului. Serpuit, cotit 4 Hrană la AC. şoc. Configurație magică. Câmpurile din betatron trebuie să respecte două condiții: 1) Mag. Inducerea la centru. Orbita trebuie să corespundă energiei electronice în schimbare; 2) configurație magică. Câmpurile din camera de vid trebuie să asigure stabilitatea mișcării transversale a electronilor sau, așa cum se spune, stabilitatea acestora o oscilații mai bune (Vezi mai jos). În jurul și sub magnezele în formă de inel de cameră. Polonezii creează un câmp necesar pentru o astfel de stabilitate, care se încadrează în periferie (figura 8, b.).

Ideea unei metode de accelerare a betatronului a fost exprimată în 1922 J. Slepian (J. Slepian), elementele de bază ale teoriei sunt dezvoltate în 1948 R. Videoe (R. Wideroe). Primul betatron a fost construit în 1940. Simplitatea și fiabilitatea betatronilor au oferit utilizarea pe scară largă în tehnică și medicină (în domeniul energiei 20-50 MeV).

În acceleratoarele de inducție liniară, linii electrice. câmpuri (cu tensiune E.) Regizat de-a lungul axei acceleratorului. Electric. Câmpul este indus de Magu variind în timp. Thread Trecerea prin inductoare de ferită de inel de un inel 1 (Fig.3). Magn. Fluxul este încântat în ele scurte (zeci sau sute de HC) impulsurile curente trecute prin înfășurările de simplitate 2 Închiderea inductorilor. Focalizarea este produsă de Longitudinal Magn. Câmp, la-secară creată de bobine 3 Situat în interiorul inductorilor. Inducerea liniară W. Permiteți obținerea curenților de înregistrare (kiloampear); Naib. Puternic de la Working U.- Ata (SUA) - accelerează electronii la energie 43 MeV la un curent de 10 ka. Durata impulsurilor curente 50 HC.

Smochin. 3. Dispozitiv de inducție liniară accelerator: 1 -Serringer de inductor; 2 - Excuantul serpuit, cotit; 3 - Bobina de acoperire.

Acceleratoare rezonante. În rezonant W. pentru a crește taxa de energie. Particulele sunt folosite RF Longitudinal Electric. Câmpuri. Accelerarea în astfel de câmpuri este posibilă atunci când se efectuează una din cele două condiții: sau particulele accelerate trebuie să se deplaseze împreună cu e-mail. Valul, menținându-și poziția față de ea (Y cu aproximativ R și T E L și cu B e Y Y Y Y în jurul L n o V, sau ar trebui să interacționeze cu ea numai în astfel de momente când electric. Câmpul are direcția dorită (accelerată) și valoarea dorită (de fapt rezonantă U.). Parcelele, pe la seca, interacțiunea particulelor cu un câmp de accelerare, numită. U S la aproximativ P și U și M și Z și Z Despre R și M și și L și U cu K O R Y și M și M și M și. Pe restul căii, particulele nu experimentează acțiunile câmpului HF sau pentru că pur și simplu nu există acolo sau pentru că particulele sunt protejate de ecrane.

W. cu un val de funcționare se aplică în OSN. Pentru a accelera particulele pulmonare (electroni și positroni), viteza de la-secară nu este foarte diferită la energii mici. Viteza de fază El - Mag. Valurile în ghiduri de undă de vid depășește întotdeauna viteza luminii; Încărcarea blocurilor de undă cu un sistem perforat. Diafragmele, puteți încetini viteza valului, dar nu foarte mult. Prin urmare, pentru a accelera particulele lente din W. nu se aplică cu un val de funcționare.

.

Smochin. 4. Schema dispozitivului de accelerație de videroe: 1 - Tuburi Span F; Fluctuațiile RF 2 generator; 3 - întinderea golurilor;

Acceleratoare de rezonanță liniară. Cel mai simplu rezonant W. s C k o r i t e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e E e Aranjate de un metal de fascicul. Tuburile de poli sunt îmbinate (după unul) la stâlpii generatorului RF. În accelerarea lacunelor (intervale între uneltele încărcate opus), este creat un electrician longitudinal. Câmpul RF cu o tensiune de ordin de sute de metri pătrați. Particulele potrivite pentru spațiul de accelerare la momentul potrivit sunt accelerate de electric. Câmpul, apoi "ascunde" într-un alt tub blând. Lungimea și viteza sa de particule sunt convenite între ele, astfel încât următoarele particule de decalare sunt potrivite în acel moment în care electric. Câmpul are direcția corectă și magnitudinea, adică aceeași fază ca în decalajul anterior de accelerare. Pentru aceasta este necesar să aveți o condiție

unde / tub de densitate și decalaj de accelerare; - viteza particulelor, exprimată în acțiunile vitezei luminii C; -Tlin val e-magmen. oscilații (în gol); p.- iubesc întregul. Bundurul accelerat este, datorită lanțului de particule de particule (Cannon), care a trecut prin accelerarea lacunelor cu electric electric. Câmpuri. Când se dezvoltă structura liniei W. Este important să selectați corect lungimile nu numai a tuburilor blânde, ci și accelerarea lacunelor. Aceste lungimi ar trebui să fie, pe de o parte, sunt suficient de mari pentru a rezista la tensiuni vizibile (sute de kV și uneori megasolt), iar pe de altă parte, este destul de mică, astfel încât faza oscilațiilor HF în timpul pasajului particulelor este nu prea mult.

Cu o creștere a vitezei particulelor, acceleratoarele de videoe devin ineficiente și inferioare acceleratoarelor alierelor. Ele nu sunt unite în ele la generator, dar sunt situate unul pe altul în interiorul Cylindrichului lung. Rezonatorul, El - Magn este încântat în K-Rom. oscilații. Câmpul RF, K-secară departe de tuburile de multe ori este distribuit în același mod ca într-un rezonator convențional, axa sa este concentrată - în accelerarea lacunelor. Structura elementelor "decalaj acceleratori de accelerare" etc. rămân aceleași ca și în acceleratoarele de videoe, dar starea (1) ia

Rezonantul liniar W. funcționează eficient dacă sunt injectate cu particule destul de rapide, pre-accelerate folosind acțiunea directă sau utilizând U. cu un focus de înaltă frecvență de înaltă frecvență. - V.

Ciclotroni.- Forteri și istoric primul W. Cyc-Lich. Tip (fig.5). În Sovr. Înțelegerea cu ciclotronii numiți ciclick-uri rezonante. U., care lucrează cu Mc Mc în timp. Câmp și cu postul, frecvența câmpului RF accelerat. În Cyclotron Mag. Câmpul are azimut și aproape independent de rază; Traiectoriile particulelor accelerate au tipul de spirale spiralate. Ciclotronii convenționali sunt utilizați pentru a accelera protoni nerelativistici grei și particule de ioni. Camera de vacuum Cyclotron este limitată externă. Zidul Cylinindrich. Forme și două capace plane plane orizontale. Polonezii electromagnetului de ciclotroni obișnuiți creează în cameră aproape omogenă (ușor cade la periferie) Mag. camp. Diferența de accelerare este formată din secțiuni de doi electrozi situați în cameră și se transformă reciproc cu forma de semi-cilindri goală, - d u a n t. Duangs se alătură poliilor generatorului de înaltă tensiune prin liniile de undă de trimestru.

Smochin. 5. Diagrama dispozitivului Cyclotron.

Într-o particulă care se mișcă în jurul cercului, Centripetromit este valabil. Puterea Lorentz egală cu rezistența centrifugală în care R este raza curburii traiectoriei, Ze.- purtătorul particulei. T. Despre., Revenind la unități mai convenabile, ajungem

unde pC.- particule de performanță pulsului r. Pe viteza luminii din - Este exprimată în MeV, Inducție Mag. camp ÎN Se măsoară în Teslas și R-in M.

Energie maximă, realizând în ciclotronul convențional; Face pentru protoni ok. 20 MeV și frecvența câmpului de accelerare (când În \u003d. 2 TL) - OK. 30 MHz. La energii mari, particulele accelerate ies din sincronizare cu tensiune accelerată datorită reducerii necesare pentru stabilitatea transversală ÎN De la centru la periferie și datorită efectelor relativiste.

Ciclotronii convenționali sunt utilizați pe scară largă pentru a obține izotopi și în toate celelalte cazuri atunci când protoni (sau ioni) sunt necesari cu o energie de până la 20 MeV (sau ~ 20 MeV / nucleon). Dacă sunt necesare protonii cu energie mai mare (până la mai multe sute meV), atunci ciclotronii cu variații azimuthal sunt utilizate. Câmpuri. Stabilitatea mișcării transversale în astfel de ciclotedroni este asigurată datorită abandonului simetriei azimuthale a lui Mag. Câmpurile și alegerea unei astfel de configurații, K-Paradium face posibilă menținerea rezistenței mișcării și creșterea (în medie) la periferia valorilor magneților. inducţie.

Procesul de accelerare în ciclotron are loc continuu: în același timp, unele particule părăsesc numai sursa de ioni, alții sunt în mijlocul drumului, iar al treilea termină procesul de accelerare. Curent tipic intern. Bundle în ciclotron este de aprox. 1 mA, curentul fasciculului îndepărtat depinde de eficacitatea ejecției și de stabilitatea termică a foliei de ieșire; De obicei este mai multe. Zeci de MCA.

Phazotronii. În Phasotroni Mag. Câmpul este în mod constant în timp, iar Cylinindrich este păstrat. simetrie. Magn. Câmpul scade la periferie, frecvența circulației particulelor cu o creștere a energiei este redusă și frecvența câmpului de accelerare este redusă în consecință. În același timp, restricțiile privind energia particulelor accelerate dispar, dar intensitatea fasciculului accelerat scade brusc (prin mai multe comenzi). Schimbarea frecvenței câmpului de accelerare duce la faptul că procesul de accelerare este împărțit în cicluri: o nouă parte a particulelor poate fi introdusă în Phazotron numai după finalizarea accelerației lotului anterior și frecvența este returnată la valoarea sursă. Zona obișnuită de lucru a fasotronilor din mai multe. sute de mii de mev. Cu o creștere suplimentară a energiei, dimensiunea magneților devine prea mare, iar greutatea și costul lor cresc prea mult. Recent (anii '90) nu sunt construite noi fazoroni. Pentru energii la mai multe. Sothele MeV Utilizați ciclotroni cu variația azimutică a lui Mag. Câmpuri și pentru a accelera până la energii mari folosesc sincrotroni.

Sincrotron. Aplicați pentru a accelera particulele de toate tipurile: de fapt sincrotroni pentru electroni și sincrotroni pentru protoni și alți ioni (nume vechi. - Synchurophasotron, vezi Synchrotron Proton). Energie, particulele din sincrotronii sunt accelerate într-un roi, limitate la electroni cu o putere de radiație de sincrotron și pentru protonii și ioni numai cu dimensiunile și costul U.

În sincrotronii constanți în procesul de accelerare rămâne orbită, particulele sunt abordate de către-roi. Plumb. Câmpul este creat numai de-a lungul unei căi înguste, acoperind camera de aspirație a inelului, o particulă se mișcă într-un roi. Ca în mod clar de la (3), cu postul. Magie rază. Inducția ar trebui să crească proporția. Pulse particulele accelerabile. Frecvența circulației CO (cu postul. Lungimea orbitei) este asociată cu pulsul F-Loi

unde este calitatea, cu K-Roy, ar atrage o particulă de sincrotron la viteza luminii. Frecvența câmpului de accelerare poate coincide cu frecvența circulației particulelor sau pentru un timp întregi (se numește. La r și t o s t l) depășește. La aproximativ., În sincrotroni electronici (în ryy întotdeauna p \u003e\u003e MC.) Frecvența câmpului de accelerare este constantă, în timp ce inducerea lui Mag. Câmpurile cresc. În sincrotronii de protoni, în timpul ciclului de accelerare, ca o inducere a mărimilor crește. Câmpuri și frecvența tensiunii de accelerare.

Microtroni-Ciclich. W. cu postul. Magn. Câmpul și cu creșterea energiei pe cifra de afaceri egală cu energia adâncimii electronului (0,511 MeV). Dacă toată creșterea energiei apare pe un complot scurt, atunci în post. Magn. Câmpul particulelor se deplasează cu o orbită circulară la alta. Toate aceste orbite se referă reciproc la punctul de locație al dispozitivului de accelerare. Energia electronică în astfel de W. ajunge la mai multe. Zeci de meV.

Dimensiuni de acceleratoare. Complexe de accelerare. Lungimea linia U. este determinată de energia particulelor accelerate și de viteza de accelerare și raza curburii orbitei acceleratoarelor inelului - energia particulelor și max. inducerea mărginii de frunte. Câmpuri.

În Sovr. Electronic Linear U. Rata de accelerare este de 10-20 MeV / m, în Proton - 2,5-5 MeV / m. Creșterea ritmului de accelerare este împinsă în două axe. Dificultăți: pentru a crește pierderile rezistente în pereții rezonatoarelor și pericolul de electric. Doarme. Rezonanții cu ultrasunete pot fi utilizați pentru a reduce pierderile rezistive (primele persoane au început deja să lucreze); Pentru a combate spargerile, acesta aliniază bine distribuția electrică. Domenii în rezonatoare, evitând neomogenitățile locale. Poate că rata de accelerare în proton linear W. va putea crește în timp printr-un ordin de mărime.

Dimensiunile ciclice u. Sunt asociate cu inducerea magnei de lider. Câmpurile F-Loi (3). Atunci când accelerează particulele cu o singură încărcare și medie cu valoarea inelului Tl (care corespunde Acest F-LA dă (m). În conformitate cu acest lucru, W. pe 1 TV ar trebui să aibă un perimetru de ~ 20 km. Astfel de W. pentru a proteja împotriva radiațiilor construite sub pământ. Dimensiuni uriașe ale lui W. Big energiile duc la cheltuieli de capital exprimate de miliarde de dolari.

Estimările de mai sus sunt valabile pentru W., Mag. Blocurile de la-secară conțin jug de fier. Crește B. Max mai mare de 1,8 TL este imposibil datorită saturației fierului, dar acest lucru se poate face prin mutarea la Magne superconductoare. Sisteme. Primul astfel de w.-tevatron lucrează deja în laborator. Fermi din SUA. Magn. Câmpul în blocuri înfășurate de un cablu cu venele NBTI într-o matrice de cupru, la o viteză de 4 K, poate fi ridicat la 5-5,5 T. și când tempo-ul este scăzut la 1,8 la sau în timpul tranziției la BNSN-la 8 -10 tl. (Aliajul BNSN la fabricarea acceleratoarelor nu este utilizat din cauza fragilității sale.) O scădere suplimentară a Templarului vă permite să vă deplasați chiar și mai mare. câmpuri, dar neprofitabile din punct de vedere economic; Dimensiunile lui W. sunt reduse, dar crește numărul de echipamente criogenice scumpe și energetice.

Valori minime definite mai puțin definite. ÎN. În W. cu un jug de fier B. Min nu ar trebui să fie mai puțin (6-10). 10 ~ 3 T., deoarece la câmpuri mai mici sunt o contribuție prea mare la magnitudinea completă. Inducția începe să facă magnezi reziduali. Domenii, distribuția spațială a la-ryy este de obicei nefavorabilă. Atitudine B. Max / B. Min, și, prin urmare, raportul dintre impulsurile de particule ejectate și injectate în W. cu magneți convenționali, de aceea depășește 200-300. În magneții superconductori. Sistemele Acest interval se dovedește a fi chiar mai puțin, deoarece cu câmpuri mici în spații. Magie distribuție. Inducerea afectează puternic curenții de vortex în conductorii superconductori. Aceste limitări sunt unul dintre motivele care duc la faptul că toate cele mai importante se vor accelera. Complexele conțin mai multe. Lucrul în mod constant.: Linear U.- injector, unul sau mai multe. Intermediar U.- boosters În cele din urmă, principalul W., taxa viitoare. Particulele la cea mai mare energie și, eventual, un inel cumulat. Schema se va accelera. Complexul CERN este prezentat în fig. 6.

Construcția și funcționarea acestui complex este pro-spălătă și finanțată de Comunitatea Europei. Naib. U., care face parte din complex este un Inel de electron-in-ziton cumulativ, accelerând grinzi electronice și positron la o energie de 45 GeV. W. situat într-un tunel subteran adânc și are un perimetru de 27 km. În acest tunel în anii '90. Se presupune că construiește un coliziune superconductor superconductor (mare Hadron Collider), calculând accelerația de protoni și antiprotoni la energia de 7 TEV, și în viitor și pentru a accelera ionii.

Smochin. 6. Schema complexului de accelerator al CERN (Elveţia).

Pentru injectarea în LHC, acceleratorul SPS va fi utilizat (Super Proton Synchrotron), la ieșirea protonilor canalului au o energie de ~ 450 GeV. Perimetrul acestui accelerator este de 6,9 \u200b\u200bkm, este situat sub pământ la o adâncime de 40 m. Sps devine particule grele de la sincrotronul proton PS, în K-Ry, la rândul său, protonii și ionii cad din "Isolde" Booster, și electroni și positron din epoca Bustra.

În Rusia este NAIB. Proton (și Ion) U. (70 GeV) funcționează în Provino (OK Serpukhova, Mosk. Regiune). Cu aceasta, a început construcția centrului accelerativ și cumulativ (OC) cu un perimetru de 21 km. Acesta este conceput pentru a accelera protoni și antiprotonii la energia de 3 TEV. În Institutul Internațional de Cercetare Nucleară (JINR, Dubna, Mosk. Regiunea) funcționează Sincrotronul Proton, accelerarea protonilor la 9 GEV, Phazotron și superconductor U. Ioni - nuclotron, accelerând ioni la energie 6 GEV / nucleon.

În cele teoretice. și experiment. Fizica (ITEF, Moscova) Proton Sincrotron accelerează protoni la energia de 9 GeV.

Faza oscilațiilor. După cum sa menționat deja, în rezonant W. Un pachet de particule accelerate este împărțit spontan în cheaguri. Centru. Particulele CUCHKOW sunt o altă abordare de timp a decalajului de accelerare (în ciclice. U.) sau la următorul spațiu de accelerare (în U.) în acele momente de timp în care faza de accelerare a tensiunii RF are valoarea dorită. Astfel de particule sunt numite. R a v n o v e c n c și. Dr. Particulele circulare în procesul de accelerare oscilatoare în apropierea echilibrului, apoi înaintea acestuia, întârzierea în spatele ei. Aceste oscilații sunt numite. Fază. Acestea sunt însoțite de oscilații de energie și puls de particule accelerate în raport cu energia și pulsul particulei de echilibru.

Luați în considerare mișcarea de fază în linia W. Vom lua-o pentru a ușura că golurile de accelerare sunt atât de scurte încât particulele trec aproape instantaneu. Lăsați un fel de particulă să se apropie de decalaj mai târziu decât echilibrul. Așa că a început să se prindă cu ea, ar trebui să obțină mai multă energie atunci când trec decalajul. Dimpotrivă, particula care a ajuns la decalaj înainte de echilibru ar trebui să obțină mai puțină energie.

În fig. 7 Curba sinusoidală descrie tensiunea voluntară E. Accelerarea câmpurilor HF. Tensiunea marcajelor de linie întreruptă, K-Paradium ar trebui să existe în momentul trecerii particulei de echilibru, astfel încât să se apropie de următorul gol în timp. Pe fiecare perioadă de schimbare E. Există două astfel de puncte: DIN și D.. Cu toate acestea, este ușor să vedeți că mișcarea este stabilă numai la punctul C. numai în acest moment în momentele ulterioare ale timpului crește tensiunea câmpului, iar în momentele anterioare scade.

Smochin. 7. Pentru a discuta despre principiul Autophazit.

O analiză detaliată a mișcării longitudinale a particulelor arată că, cu o amplitudine suficientă a fluctuațiilor RF, există întotdeauna o zonă de mișcare de fază stabilă - în acest caz, o zonă situată în jurul punctului C. Această afirmație este numită. Principiu fasingul automat.

În apa ciclică, nu numai viteza particulelor depinde de energie, dar și de lungimea calea care trece de ele prin decalajul de accelerare anterior la ulterior (dacă există mai multe dintre ele), precum și perimetrul traiectoriei. Introducem coeficientul. Extensii orbite.

unde L. - orbita perimetrală, r.- Particule de diminuare. Schimbarea în timpul petrecut de particule pentru a face apel la W. depinde de pulsul său și este descris de F-Loi

unde factorul G-Lorenz al particulei, în linia W. A \u003d 0 și este stabil DIN. În ciclic u. Punct rezistent C și când punct D.. Energia, cu un roi, aceste puncte schimbă locurile, corespunde relației

și a sunat. La R & T și CH E S la aproximativ UH E N E R și E (în eng. Literatura - Energia de tranziție). În acest moment, faza de tensiune accelerată trebuie să fie implementată dintr-un "punct sincron" la altul. Când se apropie de critici. Frecvența frecvenței de oscilație de fază (în ciclice u. Ele sunt adesea numite scăderea radiofazată), iar dimensiunile de fază ale cheagurilor sunt scăzute brusc, iar împrăștierea particulelor pentru impulsuri (și pe energie) crește. La momentul tranziției prin critic. Energia mărește influența divizării. Vederi ale instabilităților. În funcție de caracteristicile de proiectare, U. - de la valoarea a-criticii. Energia poate sta în interiorul sau în afara gamei de funcționare a energiilor.

Problema stabilității transversale. Bettronic oscilații. În inelul mare, W. În timpul accelerării particulei, calea este făcută, măsurată cu sute de mii sau chiar milioane de kilometri. În acumulare. Sistemele în acest fel sunt încă câteva. Există mai multe comenzi, și în mici U. - pe mai multe. Există mai puține comenzi, dar este întotdeauna foarte mare comparativ cu diametrul camerei de vid, dimensiunile transversale ale qui, de obicei, nu depășesc două duzini, a se vedea coliziunea particulelor cu pereții camerei foto duce la pierderea lor. Prin urmare, accelerația este posibilă numai dacă există un sistem de focalizare bine calculat și executat.

Cu orice valoare a energiei particulei accelerate (în zona de stabilitate a oscilațiilor de fază) în inelul W. există o orbită închisă (stabilă). Fiind într-o cameră de vid W., particulele se deplasează în apropierea acestei orbite, comitând lângă el bettronic oscilații . Hardware-ul acestor oscilații depășește în mod semnificativ frecvențele oscilațiilor de fază, astfel încât, în studiul oscilațiilor de betatron, energia particulelor accelerate și poziția orbitei închise poate fi considerată constantă.

Pentru teoretic. Luarea în considerare a oscilațiilor de betatron, de obicei, explora zonele, care sunt particule accelerate în "planurile de fază" ( r, r r) și (z, p. z) unde r. și z. - coordonatele particulelor orizontale și verticale ( r \u003d r - r 0, unde R.-Dius particulele, R. 0 - Radiusul traiectoriei de echilibru), a rELATII CU PUBLICUL. și p Z.- componentele corespunzătoare ale impulsului său. Cu mișcare de neegalat, aceste zone au o formă de elipsă. Conform Teorema Liouville., valorile pătratului nu se schimbă atunci când se mișcă. În procesul de accelerare a particulei traversează polinomul. Inhomogeneity Mag. și electric. Câmpuri. În același timp, o zonă ocupată de un fascicul în spațiul de fază poate achiziționa o formă complexă, deci FEP. Dimensiunea pătratului este zona elipsei descrisă - crește. Într-o atent reglată W. Această creștere nu apare. În prezența comunicării între mișcările orizontale și verticale, nu este menținută fiecare dintre zonele specificate, dar un volum ocupat de un fascicul în spațiul patru dimensional ( r., z, p r, p z).

Practică. Interesul este, de obicei, o zonă ocupată de un fascicul, nu în planuri de fază, dar în avioane ( r., Q. R.), (z., Q. Z.) unde Q. R. și Q. Z.-Glists, componente ale ratelor de particule cu un tangente de orbită de echilibru. Aceste zone sunt numite. g o p și z o n t a l n y m (sau r și d și l n y m) și în e r t i și l n y m (sau la s și și l m) emittans. Fasciculul E. R. și E. Z.. Tranziția de la impulsuri la colțuri este dată de F-Lamen

unde r.- o componentă a impulsului, K-Paradium aproape coincide cu impulsul complet; r. 0 \u003d Tc.. Din teorema Liouville rezultă că integralele mișcării sunt valori p.e. R. și p.e. Z. sau, în consecință, BGE R. și BGE. Z., K-Ryy a sunat. N o RMA L și Z O v A n N n Y M și U și N și N cu și M și.

Este clar din ceea ce este clar că atunci când se accelerează, emisiunile normalizate rămân neschimbate, și emiterea obișnuită Tansy E R. și E. Z. scade ca 1 / bg. În consecință, dimensiunile transversale ale fasciculului sunt reduse.

Cea mai importantă caracteristică a oricăror W. este un k s e p t a n s - naib. Emițătoare, la-Ry U. Misses Losslessless. Intensitatea ridicată a fasciculului accelerat poate fi realizată numai în W. cu o accesiune destul de mare.

Cu dimensiunile specificate ale camerei de vid, Akseptance W. proporțional cu max. Colțul, to-Ry poate fi traiectoriile de particule cu orbită de echilibru și, prin urmare, invers proporțională cu lungimea de undă a oscilațiilor Betatron. Acceptanții verticali și orizontali ai lui W. sunt proporționali, t. Oh, numărul de oscilații de betatron de cifra de afaceri Q R. și Q. Z K-Serke este atât de de dorit să crească. În toate existente u. Q R. și Q. Z este aproape unul de celălalt. Dacă ambele sunt mai mici de 1, se pune accentul. C l a b o (m gk despre y), și dacă mai mult de 1-s și l și n aproximativ y (bine).

Toate numerele întregi și valorile pe jumătate de scop Q R. și Q. Z interzis. Cu intenția de intenție Q. Particulele sunt returnate la Mag. Elementele din aceeași fază a oscilațiilor betatrice, se formează efectul erorilor de câmp și apare o rutare rezonantă a oscilațiilor (în N și N și Y R E N și N și N și N și N și N și N și Y). În jurul întregii valori există zone de frecvență interzise, \u200b\u200bîn incresele oscilațiilor, deși sunt limitate de magnitudine, dar se dovedește a fi inacceptabil de mare, de exemplu. Dimensiunea camerei de vacuum este superioară.

Valori sexuale Q R. și Q. Z este interzis datorită apariției PA și M E T R I N a C o R E R E N A N S A - Rezoluția rezonantă a oscilațiilor care apar din cauza neregulilor gradientului Magran. Câmpuri. În unele tipuri de unități, mai ales în acționări, ele afectează și ordinele superioare.

În ciclick. W. pentru a focaliza particulele utilizează magnes transversal. Câmpuri. Într-un domeniu de conducere omogen, există doar focalizare orizontală și nu există focalizare verticală ( Q. z \u003d 0) Acest rezultat este ușor de înțeles, observând că atunci când particulele se deplasează într-o magnific omogenă (verticală). camp ( B r \u003d. 0, B z \u003d. Const) Forțele lui Lorentz nu au componenta pentru Z și particulele păstrează începutul. viteza axială. Forțele necesare pentru focalizarea axială apar numai în prezența unei componente radiale de Mag. Câmpuri.

Configurație magică. Câmpurile depind de forma sfaturilor polului. În fig. opt ( a.) și 8 ( b.) Sfaturi de stâlpi descrise având o formă de formă de rotație (în jurul axei z.). În fig. opt ( dar) Sunt descriși stalpi plați care creează un câmp vertical omogen, astfel de câmpuri nu creează focalizare axială. În fig. opt ( b.) Imaginea câmpului apărută între poli care creează un decalaj care se extinde la periferie. În acest caz, puterea Lorentz dobândește concentrarea (întoarcerea la planul central) axiala componentă. Cu toate acestea, apariția focalizării axiale este însoțită de slăbirea radialului: particulele care sunt respinse la periferie sunt mai lente întoarcerea la calea de echilibru, deoarece acestea se încadrează într-un câmp mai slab.

Smochin. opt. dar- forțe magnetice într-un câmp uniform; b.- forțele magnetice în câmpul scăzând periferii.

În linia W. Problema focalizării este, de asemenea, importantă, deși nu este la fel de critică, ca și în cazul inelarului: lungimea particulelor în linia W. în apropiere și particulele accelerate nu sunt returnate la perturbațiile câmpului.

În ciclice u., Mag. Sistemul de K-Serke are simetria azimuthal, F-LA

Rezistența simultană radială și axial Bettronic oscilațiile în acest caz sunt posibile numai deloc. La un accent slab (vezi Focalizarea particulelor în accelerator). Într-o parcele puternice concentrându-se asupra Z și defocalizate pe r., Suntem înlocuiți cu zone care se concentrează orizontal și de defocalizare de către coordonatele verticale. Cu următoarele. Localizarea acestor site-uri și alegerea corectă a gradienților Maguri. Câmpurile și geometria magneților sistemul în ansamblu se dovedește a fi focalizată, iar atât valorile de frecvență de betatron rezultat să depășească semnificativ unitatea.

În U. cu focalizare puternică, se aplică Quadrupole Magnes. sau electric. (cu energii mici ale particulelor accelerate). În fig. nouă ( dar) Quadrupole-Naya Mag este descrisă. Lentilă, creând focalizarea în direcția verticală (de-a lungul axei Z) și de defocalizare de rază r. Magn. camp. Camera de vacuum este situată de-a lungul axei obiectivului dintre poli (în fig. Nu este prezentată). Particulele încărcate pozitiv "zbura" către cititor. Patru particule și forțele Lorentz care acționează asupra lor sunt descrise de puncte și săgeți. În raza de focalizare (și defocalizarea z.) Lentilele Magne. Stâlp N. și S. Schimba locurile. În magneții inelari U., creând o magie de frunte. Câmpul este situat între lentile. Ele creează o magnific omogenă îndreptată de-a lungul axei. camp. În unele u. Aplicați magneți cu F-Ratii combinate. Mâncul lor. Câmpul conține atât un dipol (câmp de antrenare) cât și o componentă quadrupolă (figura 9, b).

Rks. nouă. dar- lentile magnetice decaitol; b.- blocagiu bloc cu caracteristici combinate.

Pentru focalizarea transversală în linia W. ar fi posibil să încercați să utilizați El - Magn. Wave, K-Paradium accelerează particulele. Cu toate acestea, în valurile ordinare E.- Punctele care corespund unei mișcări de fază stabile sunt instabile pentru oscilațiile transversale și invers. Pentru a obține această dificultate, puteți utiliza focalizarea de fază alternativă (puncte DIN și D. În fig. 7 Înlocuiți în mod consecvent reciproc) sau abandonați simetria azimutală a electricului. Câmpurile din rezonator (Focusul Quadrupol RF). Cel mai adesea, totuși, câmpurile Quadrupole create de Speciale sunt utilizate pentru focalizarea transversală. Magn. lentile. Din anii '80. Pentru fabricarea acestor lentile a început să utilizeze postul. Magneți (aliaj SMCO).

Efecte asociate cu intensitatea. În plus față de rezonanță, care rezultă din interacțiunea unui fascicul cu exterior. Câmpurile, cu intensități mari de grinzi încep să joace un rol de jucat. Tipul de instabilitate asociat cu interacțiunile particulelor de fascicule unul cu celălalt, cu elementele camerei de vid și ale sistemului de accelerare și în U. cu grinzile care se aprinde și cu efectele grinzilor unul pe celălalt. Naib. Simplu între aceste efecte este schimbarea Coulomb a frecvenței oscilațiilor betatronice. Electric. Câmpul fasciculului replică particulele exterioare la periferie și nu acționează pe particula centrală a ceasului. Ca urmare a acestei frecvențe de oscilații de betatron de particule în fascicul, ele încep să difere de frecvența oscilațiilor centrului de grindă de gravitate. Dacă această diferență depășește distanța dintre cele mai apropiate valori interzise Q., dacă există o configurație, W. parte a fasciculului este în mod inevitabil pierdut. Electrost-Tich. Răspunderea particulelor afectează oscilațiile de fază ale fasciculului (în special, duce la efectul "masei negative").

Un pachet de particule accelerate interacționează cu electrostaticul său. O imagine într-o cameră de vid și cu obiecte situate în ea (rezonatorii stațiilor de accelerare, senzorii de dispozitive de măsurare, piese și intrări ale sistemului de vid etc.). În același timp, forța care acționează asupra fiecărei particule, proporțională. Schimbarea fasciculului în cameră este traiectoria relativ echilibrată și densitatea liniară. Ca urmare a acestei interacțiuni, există e-mailuri. Câmpurile care acționează asupra particulelor ulterioare de flutter (efectul "G o l o v-x o c t") și apariția particulelor înșiși la întoarcerea acestor particule în zona excitată. Interacțiunea specificată determină o serie de efecte care duc la pierderea stabilității fasciculului. În plus față de efectul "cap-coada" deja menționat, poate exista un R E și cu T și N și în aproximativ cu t (interacțiunea cu trenul electric de-a lungul camerei. O imagine a unui fascicul, întârzieri C-Ryo în fază la conductivitatea finală a pereților camerei), instabilitatea cu microunde (interacțiune cu obiectele capabile de încântare la frecvențe înalte) etc.

Acceleratoare cu fascicule (collierele). La generarea de noi particule în starea de coliziune, ar trebui eliberată energie egală sau superioară energiei restului particulelor născute, adică. Sute de meV și, uneori, multe zeci de geve. Cu astfel de lansări mari de energie pierde valoarea nu numai Chem. Comunicarea particulelor incluse în țintă, dar și conexiunea nucleonilor din nucleu, astfel încât efectele apare cu nucleonii unici sau chiar și componentele solitare ale nucleului. T.N. procese cumulative, Veniți pot fi priviți ca simplu. Coliziunea unei particule accelerate cu două sau mai multe. Nucleonii sunt interesul științific, dar la energii mari sunt extrem de rare.

După cum sa menționat deja mai sus, cu coliziunea particulelor în numărul de energie, întregul tip de energie în timpul accelerației poate fi realizat, în timp ce atunci când protonul rapid este ciocnit cu un nucleon țintă fix, se utilizează numai o parte din această energie. Deci, pentru generație J./ Y-Meson Proton Energy ar trebui să fie de 3,7 ori mai mare decât energia de odihnă J./ Y-Meson, și pentru a genera z 0-Bosone aveți nevoie de exces de 50 de ori de energie. Generarea de particule grele pe ținte fixe este, prin urmare, dezavantajoasă dezavantajoasă și este necesar să se deplaseze la colaj. În ciocniri, particulele se pot mișca unul spre celălalt sau într-un inel (particule și anticasi) sau în două inele intersectate.

Tehnica lucrează cu acumularea. Inele, în care omologii se mișcă, foarte complexe. Numărul de reacții nucleare care apar pe unitate de timp, se dovedește a fi de mii de ori mai mică decât cu ținte fixe, datorită lipsei extreme a grinzilor. Eficacitatea collierelor este acceptată pentru a le caracteriza luminativitate , t. e. Numărul, la vindecarea de care aveți nevoie pentru a multiplica FEP. Secțiunea transversală a reacției este obținerea numărului de astfel de reacții pe unitate de timp. Proporția laminată. Producția de intensități ale grinzilor de coliziune și a proporțiilor din spate. Zona transversală a grinzilor (dacă sunt egale). Bundurile aprovizionate ar trebui, deci, să conțină multe particule și să ocupe volume mici în spațiul de fază. Răcirea volumului de fază a grinzilor electronice și positron datorate radiației de sincrotire a fost discutată mai sus. În același timp, volumul de fază a grinzilor de protoni ca accelerat este redus de tot ca 1 / R., adică absolut nu suficient. Un volum ocupat de grinzi antiprhoton este foarte mare deja atunci când sunt generați și nu este mult scăzut în viitor, deoarece antiprotonii se formează la o mare energie (mai multe GEV). Prin urmare, înainte de coliziuni, grinzile antiprotonului ar trebui să se acumuleze în jurul lui X L și A și T., adică să se micșoreze în spațiul de fază.

Există două moduri de a răci grinzile de particule grele (protoni, antiprotoni, ioni) -electron și stochastic. Evenimentul are loc în interacțiunea grinzilor răcite, cu un fascicul de electroni "rece" care zboară pe un non-rom cu o zonă comună, împreună cu particule răcite și având același CP. viteză. (Tempo-ul fasciculului se numește. Energia medie a particulelor sale, măsurată în sistemul de coordonate care se deplasează împreună cu fasciculul.)

Se bazează pe faptul că numărul de particule răcite nu este foarte mare în același timp. Dacă în interiorul dispozitivului se măsoară coordonatele fasciculului, se află o singură particulă, atunci deviația poate fi măsurată de senzor și apoi corectată corect. Dacă interiorul este măsurat. Dispozitivele vor fi mai multe. Particulele, senzorul răspunde la poziția de electric. centrul gravitației și nu are loc corecția, dar amortizarea oscilațiilor (când N. Particulele din dispozitiv sunt ajustate una și nu N. parametrii). Stochastidice. Răcirea are loc treptat și necesită un număr mare de rotații.

Trebuie remarcat faptul că răcirea electronică este mai eficientă la energiile scăzute ale fasciculului, iar stochasticul - cu un număr foarte mare de particule.

Perspective pentru dezvoltarea acceleratoarelor. Printre proiectele de acceleratori mari, care sunt în curs de dezvoltare, construcții sau au fost deja comandate, pot fi enumerate următoarele.

În Rusia (Troitsk, Mosk. Obl.) Încheie construcția "Maison Factory" pentru energia de 600 MeV cu miercuri. Curent 70 μA. În 1993, ea a strâns deja o grămadă cu o energie de 430 MeV. Pentru producerea de izotopi, se utilizează un fascicul de protoni cu o energie de 160 MeV și CP. Curent 100 μA. Construcția unui complex accelerativ-acumulat (cerneală), concepută pentru a accelera protoni la 3 TEV, este în curs de desfășurare. Marea Britanie este situată în tunelul subteran cu un perimetru de 21 km. Se așteaptă intensitatea particulelor în impulsul 5. 10 12.

În Germania (Hamburg), W. privind grinzile viitoare (Hera), concepute pentru a studia interacțiunea dintre protoni (820 GeV) cu electroni și postroni (30 GeV). Design luminozitate ~ 2. 10 31 cm -2. C -1. Sincrotronul de protoni conține magneți supraconductori și electronici - obișnuiți (care. Nu creșteți pierderea radiației de sincronizare). În echipamentul acestui lucru, 37 IN-Ts din diferite țări iau parte la acesta.

În Germania, proiectul Collipului Desy Linear este, de asemenea, dezvoltat cu o energie particulară de 250x250 GEV (versiunea 1) sau 500 x 500 GeV (opțiunea 2). În CERN (Schwei-Tsaria) în tunelul inelului electronic-positron U. (LEP), începe conservarea unui coliziune pentru particule LHC grele (marele coliziune Hadron). Va fi posibil să se studieze coliziunile de protoni (2x7 TEV), protoni și electroni, protoni și ioni (inclusiv plumb, 1148 TEV).

Accelerarea ionilor grei poate fi făcută pe Nuk-Lotroone (Dubna, Rusia). Începând cu anul 1977, pe Proton Syncrotron din Dubna, împărțit accelerat. Ioni până la carbon (4.2 Gev / nucleon și din 1992-6 GEV / nucleon).

Pe W. "Saturn" din Sakle (Franța), ionii sunt accelerați până la argon (până la 1,15 GeV / nucleon). Acceleratorul SPS (CERN) vă permite să accelerați ionii de oxigen și sulf până la 200 GV / nucleon.

Statele Unite au dezvoltat un proiect NAB. Un superclylider supraconductor mare (SSC) pentru energia 2 x 20 TEV. Construcția acestui accelerator este amânată.

În International. Comitetul de accelerație abordează și proiecte mai mari, punerea în aplicare a motivelor va necesita eforturi comune ale statelor dezvoltate. Proiectul specific al acestora W. nu este încă definit. Toate proiectele implementate și dezvoltate se bazează pe principii bine cunoscute și bine dovedite. Noile metode de accelerare, despre motivele menționate mai sus, dacă au reușit să schimbe complet aceste planuri.

Aplicarea acceleratoarelor. În plus față de științifice W. au și practice. Aplicație. Deci, liniar W. sunt folosite pentru a crea generatoare neutronice Pentru radiate. Testele materialelor, metodele electroconde pentru operațiunile combustibilului nuclear și accelerarea ionilor minorități grele sunt discutate în mod activ pentru sinteza termicei-inerțială controlată. În Loma Linde (SUA), construirea unui specializator se încheie. Complex cu sincrotron de protoni pentru radioterapie. Un proiect similar este ridicat în Rusia.

LIT: Kolomensky A., Lebedev A. N., teoria acceleratoarelor ciclice, M., 1962; Waldner O. A., Vlasov A. D., Shannov A. V., Acceleratoare liniare, M., 1969; Brooke, acceleratoare ciclice ale particulelor încărcate, per. de la Franz., M., 1970; Komar E. G., Fundamentele Ingineriei de Accelerare, M., 1975; Acceleratoare liniare ale ionilor, Ed. B. P. Murina, Vol. 1-2, M., 1978; Bakhrushin Yu. P., Anatsky A. I., Acceleratoare de inducție liniară, M., 1978; Lebedev A. N., Salnov A.V., Fundamentele Fizicii și Tehnicilor de Acceleratori, Vol. 3, M., 1981; Moskalev V. A., Betattroni, M., 1981; Kapchainsky I. M., teoria acceleratoarelor de rezonanță liniară, M., 1982. L. L. GOLDIN..

Prin disciplină

"Concepte ale științei naturale moderne"

pe subiect " Acceleratoare de particule elementare »

1. Introducere ............................................... ......................................3.3.

2. Acceleratoare moderne de particule încărcate .................................... ... 4

3. Centre științifice pentru studiul particulelor elementare ........................ 7

4. Accelerator ciclic .............................................. .................... 15.

5. Accelerator laser pe bate ............................................ ...................... 16.

6. Concluzie ............................................... ............................................. ..20.

7. Lista literaturii utilizate ............................................ ....... 21.

Introducere

În prezent, utilizarea pe scară largă în știință și tehnică găsită acceleratoare de particule încărcate - instalații pentru obținerea grinzilor de particule încărcate (protoni, electroni, anticasculari, nuclei ai altor atomi) de energii mari - de la zeci de kev (10 3 eV) la mai multe Tev (10 12 eV). În tehnică, astfel de acceleratori sunt utilizați pentru a obține izotopi, întărirea suprafețelor materialelor și producerea de materiale noi pentru a crea surse de radiație electromagnetică (de la microunde la raze X), sunt utilizate pe scară largă în medicină etc. Cu toate acestea, printre principalele aplicații ale acceleratoarelor includ fizica nucleară și fizica cu energie înaltă. Acceleratoarele moderne ale particulelor încărcate sunt principalele surse de informație pentru fizicienii care studiază substanța, energia, spațiul și timpul. Majoritatea covârșitoare a particulelor elementare cunoscute astăzi nu se găsesc în condiții naturale de pe Pământ și obținute pe acceleratoare. Este nevoile fizicii particulelor elementare care sunt principalele stimulente pentru dezvoltarea echipamentelor de accelerație și, în primul rând, la creșterea energiei la care pot fi accelerate particulele încărcate.

Acceleratoare moderne de particule încărcate.

În fizica modernă de înaltă energie, se utilizează două tipuri de setări de accelerare. Schema tradițională a experimentului de pe dulap este: un pachet de particule încărcate este accelerat la energia maximă posibilă și apoi trimisă la o țintă fixă, cu o coliziune cu particule din care se naște o multitudine de particule elementare. Măsurarea parametrilor particulelor născute oferă cele mai bogate informații experimentale necesare pentru a verifica (sau a crea) teoria actuală a particulelor elementare. Eficacitatea reacției este determinată de energia particulei orientată spre țintă în sistemul central de masă. În funcție de teoria relativității la o țintă fixă \u200b\u200bși aceleași mase de particule de odihnă ale energiei de reacție

Unde E este energia particulelor care zboară pe țintă, M 0 este masa sa, C este viteza luminii. Astfel, atunci când înțărcăm cu o țintă fixă \u200b\u200bde proton, accelerată la energia de 1000 GeV, numai energia de 42 GeV merge la nașterea de noi particule, iar cea mai mare parte a energiei este cheltuită pe energia cinetică a particulelor născute ca a rezultatul reacției.

Acceleratoarele au propus la sfârșitul anilor '60 în care reacția este efectuată în coliziunea grinzilor contra-accelerate de particule încărcate (electroni și positroni, protoni și antiprotonii etc.) dau un câștig semnificativ în energia de reacție . În ciocniri, energia reacțiilor este egală cu suma energiilor particulelor de ciocnire

E 1 + E 2, adică cu o energie egală a particulelor de câștig este 2e / m 0 C2. Desigur, eficiența coliziunii se dovedește a fi mai mică decât acceleratorul cu o țintă fixă, deoarece particulele a două grinzi rarefiate se confruntă cu mult mai puțin frecvent decât particulele de fascicule și o țintă densă. Cu toate acestea, principala tendință a fizicii cu energie înaltă este promovarea în energii din ce în ce mai mari, iar majoritatea celor mai mari acceleratori de astăzi sunt colliere în care numărul de coliziuni sacrifici pentru realizarea energiilor record.

Acceleratoarele moderne ale particulelor încărcate sunt cele mai mari instalații experimentale din lume, iar energia particulelor din accelerator este legată liniar cu dimensiunea sa. Astfel, acceleratorul liniar al acceleratorului de electroni SLC pe energia de 50 Gev în Universitatea Stanford (SUA) are o lungime de 3 km, perimetrul de sincrotron de protoni Tevatron pe energia de 900 GeV în laborator. E. Fermi (Batavia, SUA) este de 6,3 km, iar lungimea inelelor fiind construite în Serpukhov, un complex accelerativ-acumulat al cernelei, conceput pentru ENERGY3 TEV, construit într-un tunel de 27 kilometri al organizației europene de cercetare nucleară (CERN) la Geneva.

Dimensiunile tot mai mari ale acceleratoarelor au ajuns deja la limitele unui raport rezonabil de caracteristici fizice și costuri financiare, transformând construirea acceleratoarelor la problema scalei naționale. Se poate spune că soluțiile de inginerie pur sunt, de asemenea, aproape de limita sa. Este evident că progresul în continuare al mașinilor de accelerare ar trebui să fie asociate cu căutarea de noi abordări și soluții fizice care fac acceleratoarele mai compacte și mai ieftine în construcția și funcționarea. Acesta din urmă este, de asemenea, important, deoarece consumul de energie al acceleratoarelor moderne este aproape de consumul de energie al unui mic oraș. Știința accelerației aplicate formulează o problemă interesantă și extrem de importantă în fața fizicii moderne. Este necesar să se adreseze noi realizări în radiofizică, fizică plasmatică, electronică cuantică și fizică solidă pentru a găsi soluții decente.

Cea mai promițătoare este de a căuta metode de creștere a ritmului accelerației particulelor. În acceleratoarele moderne, ritmul accelerației particulelor este limitat la puterea maximă a câmpului electric accelerat, care poate fi creat în sistemele de vid. Această valoare nu depășește astăzi 50 MB / m. În câmpuri mai puternice, fenomenele defalcării electrice are loc pe pereții rezonatorului și formarea de plasmă absorbantă a energiei câmpului și prevenirea accelerației particulelor. De fapt, amploarea câmpului maxim admisibil de înaltă frecvență depinde de lungimea de undă. Acceleratoarele moderne utilizează câmpuri electrice cu o lungime de undă mai mare de 10 cm. De exemplu, trecerea la o lungime de undă de 1 cm va crește câmpurile electrice maxime de mai multe ori și reducând astfel dimensiunea acceleratorului. Desigur, pentru a implementa acest avantaj, este necesar să se dezvolte în această gamă de surse de radiații grele capabile să genereze impulsuri de valuri electromagnetice cu o capacitate de sute de MW și o durată de puls pe scurt la 100 ns. Aceasta este o mare problemă științifică și tehnică, o soluție care a fost ocupată de multe centre de cercetare ale lumii.

O altă cale posibilă este un refuz al sistemelor tradiționale de rezonanță cu microunde cu microunde și utilizarea radiației laser pentru a accelera particulele încărcate. Cu ajutorul laserelor moderne, este posibil să se creeze câmpuri electrice cu tensiune mult depășind câmpurile limită din cuptorul cu microunde. Cu toate acestea, utilizarea directă a radiației laser în vid nu permite atingerea efectului unei accelerații vizibile a particulelor percepute datorită imposibilității reacției rezonante Chenkovsky a undelor cu o particulă, deoarece viteza luminii în vid este întotdeauna mai mare decât viteza particulelor. În ultimii ani, metodele de accelerare a particulelor încărcate cu radiații laser în gaze și plasmă au fost studiate în mod activ și deoarece în câmpuri electrice puternice, substanța și formarea cu plasmă, în cele din urmă, vorbim despre accelerarea particulelor încărcate cu radiație cu laser intensă în plasmă.

Centrele științifice pentru studiul particulelor elementare

Institutul de Fizică de High Energy (IFVE)

Baza pentru crearea Institutului a fost construcția în Protvino, situată în apropierea orașului Serpukhov, cea mai mare din lume (până în 1972) a Sincrotronului de protoni inel. O tehnică experimentală unică colectată în acest centru științifică oferă oamenilor de știință să pătrundă în adâncurile structurii materiei, să înțeleagă și să dezvăluie legile unei lumi infinit și misterioase a particulelor elementare la oameni necunoscuți.

În octombrie 1967, acceleratorul din octombrie 1967. În acest accelerator, protonii sunt inițial formați ca urmare a descărcării de gaz, apoi accelerată de câmpul electric al impulsului transformator de înaltă tensiune la energia de 760 kev și se încadrează în Accelerator liniar - injectorul, unde este pre-accelerat la energia de 100Mev, apoi intrați la acceleratorul principal. Are deja protoni accelerați la energia de 76 GeV. Numărul de protoni într-un impuls de accelerator - 3 · 10 12. Repetarea pulsului are loc la fiecare 7 secunde. Acceleratorul are diametrul de 472 m. Greutatea electromagneților este de 20 mii. Puterea de 100 MW tras de un accelerator. În fiecare an, acceleratorul este de 3000 - 4000 de ore pentru studiile fizice.

Centrul științific are o movilă sub care există un inel de accelerare și o sală experimentală. Experimentele din IFVE sunt efectuate atât pe ținta internă a acceleratorului, cât și pe ciorchinii particulelor.

Doar deflectează o particulă fără a-și schimba energia și stabilește orbita prin care particulele se mișcă.

Acceleratoarele pot fi împărțite fundamental în două grupuri mari. aceasta acceleratoare liniareunde fasciculul de particule trece o dată intervale de accelerare și acceleratoare cicliceÎn care pachetele se deplasează de-a lungul unei curbe închise de tip curbă, trecând lacunele acceleratoare în multe privințe. De asemenea, puteți clasifica acceleratoarele de informații: colliere, surse de neutroni, boostere, surse de radiație sincrotronică, instalare pentru terapie cu cancer, acceleratoare industriale.

Designul acceleratorului

Accelerator de înaltă tensiune (accelerator de acțiune directă)

articolul principal: Accelerator de înaltă tensiune

Acceleratorul particulelor încărcate (electroni) în care accelerația particulelor încărcate are loc cu un câmp electric, schimbă neschimbată sau slab în timpul întregii perioade de accelerare a particulelor. Un avantaj important al V.U. În comparație cu alte tipuri de acceleratori - posibilitatea obținerii unei mici împrăștiere pe energia particulelor accelerate în timp și un câmp electric omogen. Acest tip de accelerator este caracterizat printr-o eficiență ridicată (până la 95%) și posibilitatea de a crea setări de mare putere (500 kW și mai mare), ceea ce este foarte important atunci când se utilizează acceleratoare în scopuri industriale.

Accelerator electrostatic

Acceleratorul liniar din punct de vedere ideologic. Particulele sunt accelerate de un câmp electric constant și se deplasează direct de-a lungul camerei de vid, de-a lungul căreia se află electrozii de accelerare.

Soiuri:

• Accelerator Wang de Grafa. Generator Van de Grafa, bazat pe transferul mecanic al încărcăturilor prin panglică dielectrică. Substanțele maxime electrice ~ 20 MB determină energia maximă a particulelor ~ 20MEV.
• Cascade accelerator. Tensiunea de accelerare este creată de un generator cascade, care creează o tensiune ridicată de accelerare constantă de ~ 5 mV. Conversia unei tensiuni variabile scăzute conform schemei de multiplicare a jurnalului.

Acceleratoarele electronice liniare ale energiilor mici sunt adesea folosite ca parte a unei varietăți de dispozitive electronucleus (tub de fază electronică, un cinescope, un tub de raze X etc.).

Ciclotron

Dispozitiv ciclotron. 1 - Locul primirii particulelor, 2 este traiectoria mișcării lor, 3 - electrozi, 4 - sursa de tensiune alternativă. Câmpul magnetic este îndreptat perpendicular pe planul modelului.

Ideea ciclotronului este simplă. Între doi electrozi goiici semicirculi, așa mai departe. duangs.Se aplică o tensiune electrică alternativă. Duangs sunt plasați între poli de electromagnet, creând un câmp magnetic permanent. Particulele care se rotesc în jurul cercului în câmpul magnetic, accelerează pe fiecare întoarcere a câmpului electric din slotul dintre durată. Pentru aceasta, este necesar ca frecvența modificărilor în polaritatea duhansului să fie egală cu frecvența circulației particulelor. Cu alte cuvinte, ciclotronul este accelerator rezonant. Este clar că, cu creșterea energiei, la fiecare întoarcere, raza traiectoriei de particule va crește până când depășește cananții.

Cyclotronul este primul dintre acceleratoarele ciclice. Pentru prima dată a fost dezvoltată și construită în Lawrence, pentru care a primit Premiul Nobel în anul. Până în prezent, ciclotronii sunt utilizați pentru a accelera particule grele la energii relativ mici, până la 50 MeV / nucleon.

Betatron

Altele: Accelerator de inducție. Acceleratorul ciclic în care accelerația particulelor este efectuată de un câmp electric de vortex indus de o schimbare a fluxului magnetic acoperit de orbita fasciculului. Deoarece pentru a crea un câmp electric Vortex, este necesar să se schimbe câmpul magnetic al miezului, iar câmpurile magnetice din mașinile non-top-controlulare sunt de obicei limitate la efectele saturației de fier la nivelul de ~ 20 kg, există o limită deasupra energiei de betatron maximă. Betatronii sunt utilizați în principal pentru a accelera electronii la energii de 10-100 MeV (maxim realizat în betatronul energetic de 300 MeV).

Pentru prima dată, Betatron a fost dezvoltat și a creat Videoe într-un an, ceea ce, cu toate acestea, nu putea să fugă. Primul betatron de lucru fiabil a fost creat de D. V. Kerst numai în GG. în SUA.

Microtron.

articolul principal: Microtron.

Este un accelerator cu multiplicitate variabilă. Acceleratorul ciclic rezonant cu constantă ca câmp magnetic de conducere ciclotron și frecvența tensiunii de accelerare. Ideea microtronului este de a face creșterea cifrei de afaceri a particulelor, rezultată din accelerația pe fiecare turn, o perioadă multiplă a oscilațiilor tensiunii de accelerare.

Phazotron (sincronizare ciclotron)

Diferența fundamentală față de ciclotron este frecvența variabilei câmpului electric în procesul de accelerare. Acest lucru permite, datorită autofazitului, ridicați energia maximă a ionilor accelerabili comparativ cu valoarea limită pentru ciclotron. Energia din Phasotron ajunge la 600-700 MeV.

SynchrofAsotron.

Accelerator ciclic cu o lungime constantă de orbită a echilibrului. Pentru ca particulele din procesul de accelerare să rămână pe aceeași orbită, acesta schimbă atât câmpul magnetic principal, cât și frecvența câmpului electric accelerat. Majoritatea acceleratoarelor ciclice moderne sunt sincophasotron concentrant puternic. Pentru electronii ultrarelativi în procesul de accelerare, frecvența circulației este practic schimbată, iar sincrotronii sunt utilizați.

Sincrotron.

Accelerator ciclic cu o lungime constantă orbită și o frecvență constantă a câmpului electric accelerat, dar un câmp magnetic în schimbare.

Laser pe electroni liberi (LSE)

articolul principal: Laser pe electroni liberi

Sursa specializată de radiații coerente cu raze X.

Accelerator liniar

De asemenea, este adesea numită Linak (tăiată de la acceleratorul liniar). Accelerator în care particulele zboară o dată. Acceleratoarele liniare sunt utilizate cel mai adesea pentru accelerația primară a particulelor obținute dintr-o armă de electroni sau o sursă de ioni. Cu toate acestea, ideea unui coliziune liniară pentru energia completă nu este, de asemenea, nouă. Principalul avantaj al lui Linakov este posibilitatea de a obține emitșii ultramidă și absența pierderilor de energie pe radiații, care cresc proporțional cu particulele de energie (!).

Collider.

Este un accelerator pe grinzile care se apropie. Setări pur experimentale, scopul căruia este de a studia procesele de coliziune a particulelor de energii mari.

Aplicație

• Sterilizarea (pentru sterilizarea alimentelor, instrument medical).
• Medicină (tratament de cancer, diagnosticare radio).
• Producția de dispozitive semiconductoare (injecție prin injecție).
• Defectoscopie de radiații.
• Traversarea radiațiilor polimerilor.
• Purificarea radiațiilor gazelor de ardere și a apelor reziduale.

Vezi si

• Particulele detectorului

Link-uri

• Kolomna D.D., Lebedev A. N. Teoria acceleratoarelor ciclice. M.: FIZMATGIZ, 1962.
• A.Chao, M.TINGNER, Manual de Fizică și Inginerie a Acceleratorului, 1999.
• B.S. Ishkhanov, i.m. KAPITONOV, E.I. Kabin, experiment (publicație web)
• Istorie, clasificare, principiu de funcționare, principalele tipuri de acceleratori moderni

Fundația Wikimedia. 2010.

• Condiția deținătorului
• Accelerator elementar de particule

Urmăriți ceea ce este "acceleratoarele particulelor percepute" în alte dicționare:

Acceleratoarele particulelor încărcate - Instalațiile care servesc pentru a accelera taxa. Particule până la energii mari. Cu formularea obișnuită, acceleratoarele (U.) NAZ. Instalații concepute pentru a accelera particulele la energii mai mult MeV. Într-un record W. Protonii Tewatron a ajuns la energia de 940 ... ... Enciclopedia fizică

Acceleratoarele particulelor încărcate - Dispozitive pentru prepararea particulelor încărcate (electroni, protoni, nuclee atomice, ioni) de energii mari. Accelerarea se efectuează utilizând un câmp electric capabil să schimbe energia particulelor cu o încărcare electrică. Magnetic ... ... Enciclopedia sovietică mare

Acceleratoarele particulelor încărcate - Instalații de primire. Grinzi electronice, protoni, particule alfa sau ioni cu energie de la sute de CEV la sute de GeV. În u. h. Încărcare accelerată. Particulele își măresc energia prin deplasarea în electric. Câmp (statistic indus sau ... ... Dicționar politehnică enciclopedică mare

GOST 22491-87: Acceleratoarele particulelor încărcate. Termeni și definiții - Terminologie GOST 22491 87: Acceleratoarele particulelor încărcate. Termeni și definiții ale documentului original: 14. Betatron cu un podium Nichivania 15. Accelerator rezonant Boattron cu o componentă constantă a inducției acceleratorului câmp magnetic ... ...

GOST 4.477-87: Sistem de indicatori de calitate a produselor. Acceleratoare de particule încărcate de uz industrial. Nomenclatorul indicatorilor - Terminologie GOST 4.477 87: Sistem de indicatori de calitate a produselor. Acceleratoare de particule încărcate de uz industrial. Nomenclatorul indicatorilor Document original: 3. Acceleratorul de probă de bază selectat din grupul de accelerator, cel mai mult ... ... Directorul dicționar Termeni de reglementare și documentație tehnică

Accelerator de particule încărcate - Vizualizarea Centrului de Accelerator Fermilab, SUA. Tevatron (inel în fundal) și injector inelar încărcat particule de accelerație Clasa dispozitivului pentru a obține particule încărcate (elementare ... wikipedia

accelerator (particule încărcate) - Dispozitiv electrofizic conceput pentru a crește energia cinetică a particulelor încărcate. Rețineți că este obișnuit că în acceleratori, energia particulelor crește cu mai mult de 0,1 MeV. [GOST R 52103 2003] Subiecte acceleratoare încărcate ... ...

particulele încărcate de grup - un dispozitiv care efectuează o grupare de fază a particulelor încărcate. [GOST R 52103 2003] Subiecte en încărcături de particule încărcate particule încărcate ... Directorul traducătorului tehnic