ЛитМир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

  Резонансные циклические ускорители могут быть классифицированы далее по характеру управляющего — «ведущего» — магнитного поля и ускоряющего электрического поля: ускорители с постоянным и с переменным во времени магнитным полем и соответственно ускорители с постоянной и с переменной частотой ускоряющего поля. Приведённая классификация (табл. 1) не охватывает ускорителей со встречными пучками и ускорителей, использующих коллективные методы ускорения. Первый тип является своеобразной разновидностью перечисленных в табл. 1 ускорителей: пучки частиц от ускорителей того или иного типа направляют навстречу друг другу. Второй тип отличается от всей совокупности описанных ускорителей по источнику ускоряющего поля.

Табл. 1. — Классификация ускорителей заряженных частиц

Тип траектории Характер ускоряющего поля Магнитное поле Частота ускоряющего поля Фокусировка Название Ускоряемые частицы
Окружность или спираль Циклические ускорители
Нерезонансный, индукционный Переменное Однородная Бетатрон Электроны
Резонансный Постоянное Постоянная « Циклотрон Микротрон Протоны (или ионы) Электроны
« « Знакопеременная Изохронный циклотрон Секторный микротрон Протоны Электроны
« Переменная Однородная Знакопеременная Фазотрон Секторный фазотрон Протоны
Переменное Постоянная Однородная Знакопеременная Синхротрон слабофокусирующий Синхротрон сильнофокусирующий Электроны
« Переменная Однородная Знакопеременная Синхрофазотрон слабофокусирующий Синхрофазотрон сильнофокусирующий Протоны
Прямая Линейные ускорители
Hepeзонансный, электростатический Электростатический ускоритель, каскадный ускоритель Протоны, электрон ны
Нерезонансный, индукционный Линейный индукционный ускоритель Электроны
Резонансный Постоянная Линейный резонансный ускоритель Протоны, электро-i ны

  III. Принцип действия резонансных ускорителей

  В резонансном ускорителе непрерывное ускорение происходит благодаря тому, что в ускоряющие электроды частица всё время попадает в ускоряющую фазу поля (т. е. когда электрическое поле направлено в сторону движения частиц). Идеальная, т. н. равновесная, частица всё время попадает в одну и ту же фазу — равновесную фазу.

  В циклическом ускорителе период обращения Т частицы по орбите связан со средним радиусом <R> орбиты соотношением:

Большая Советская Энциклопедия (УС) - i-images-102130774.png
     (1)

(u скорость частицы). Средний радиус орбиты равен

Большая Советская Энциклопедия (УС) - i-images-180671766.png
     (2)

где Е = mc2 полная релятивистская энергия частицы массы m, равная сумме энергии покоя частицы E = mс2 и её кинетической энергии W (m масса покоя частицы, с — скорость света), е — заряд частицы, <В > среднее значение индукции магнитного поля; поэтому период обращения связан с энергией частицы соотношением:

Большая Советская Энциклопедия (УС) - i-images-191738868.png
     (3)

  Для равновесной частицы период обращения равен или кратен периоду Ту ускоряющего поля. Фиксированным значениям периода обращения и индукции магнитного поля соответствуют вполне определённые равновесная энергия частицы и равновесный радиус её орбиты. Равновесная частица набирает за оборот энергию eV cos j , где j — равновесная фаза, т. е. фаза поля, действующего на равновесную частицу, отсчитываемая от максимума поля, a V — амплитуда напряжения на зазоре ускоряющих электродов. Для набора конечной кинетической энергии Wмакс частица должна совершить N = Wмакс /eV cosj оборотов. В циклических ускорителях длина пути, проходимого частицей, достигает десятков и сотен тысяч км. При столь большой длине пути для успешной работы ускорителя необходимо обеспечить устойчивость равновесного движения: небольшие отклонения частицы по фазе, по энергии, по радиусу и по вертикали, а также небольшие начальные скорости в направлениях, перпендикулярных орбите, не должны приводить к сильному отклонению частицы от равновесной орбиты — частица должна совершать колебательное движение около равновесной частицы. Обеспечение устойчивости движения частицы в направлениях, перпендикулярных орбите (по радиусу и по вертикали), называется фокусировкой, а в направлении орбиты — фазировкой.

  В линейном ускорителе протонов (с ускоряющими зазорами) для равновесной частицы время пролёта Т = L/u между соседними ускоряющими зазорами (L — расстояние между центрами зазоров, u — скорость частицы) кратно периоду ускоряющего поля Ту = l/с , где l длина волны электромагнитного поля. Энергия Wмакс  набирается при прохождении N = Wмакс /eV cos j ускоряющих зазоров, что определяет требуемую длину ускорителя. Длины современных линейных ускорителей для протонов достигают сотен м. Поэтому и здесь вопрос устойчивости движения, т. е. обеспечения фокусировки и фазировки, является актуальным.

  Для того чтобы рассеяние на ядрах атомов газа не приводило к сильному уходу частиц от равновесной траектории и их выпаданию из процесса ускорения, область вокруг равновесной траектории охватывается вакуумной камерой, в которой специальными насосами создаётся достаточно сильное разрежение.

  Фазировка в резонансных ускорителях обеспечивается механизмом автофазировки, обусловленным зависимостью промежутка времени между последующими ускорениями от энергии. В циклических ускорителях с однородной фокусировкой период обращения растет с увеличением энергии, т.к. в соотношении (1) средний радиус орбиты растет с возрастанием энергии быстрее, чем скорость частицы. В ускорителях со знакопеременной фокусировкой зависимость среднего радиуса орбиты от энергии значительно слабее; поэтому при малых энергиях период обращения обычно уменьшается с ростом энергии (u растёт быстрее, чем <R> ), а при больших энергиях — увеличивается с ростом энергии (<R> растет быстрее, чем u, которая ограничена скоростью света). При периоде, растущем с энергией, устойчива правая фаза на рис. 1 : если частица случайно попадёт в фазу j1 > j , она приобретёт энергию меньше равновесной, поэтому её период обращения станет меньше равновесного, частица отстанет по фазе и, следовательно; её фаза приблизится к равновесной фазе j . Если же период уменьшается с ростом энергии, то фаза j становится неустойчивой, а устойчивой будет симметричная ей фаза — j . Как бы то ни было, если eV достаточно велико, всегда существуют устойчивая равновесная фаза и область близких к ней фаз (область захвата), в пределах которой частицы колеблются около равновесной. Прирост энергии равновесной частицы eV cos j определяется условием резонанса: T = qTy , где q — целое число, называется кратностью частоты, или кратностью ускорения. Так, для циклического ускорителя энергия равновесной частицы

11
{"b":"106326","o":1}