Прискорювач заряджених частинок
Прискорювач заряджених частинок - клас пристроїв для отримання заряджених частинок ( елементарних частинок, іонів) високих енергій. Сучасні прискорювачі, часом, є величезними дорогими комплексами, які не може дозволити собі навіть велику державу. Приміром, Великий адронний коллайдер вЦЕРНі являє собою кільце завдовжки майже 27 кілометрів.
В основі роботи прискорювача закладено взаємодія заряджених частинок з електричним та магнітним полями. Електричне поле здатне безпосередньо здійснювати роботу над часткою, тобто збільшувати її енергію. Магнітне ж полі, створюючи силу Лоренца, як відхиляє частку, не змінюючи її енергії, і задає орбіту, по якій рухаються частинки.
Конструктивно прискорювачі можна принципово розділити на дві великі групи. Це лінійні прискорювачі, де пучок часток одноразово проходить прискорюють проміжки, і циклічні прискорювачі, в яких пучки рухаються по замкнутих кривих (наприклад, окружностях), проходячи прискорюють проміжки по багато разів. Можна також класифікувати прискорювачі за призначенням: колайдери, джерела нейтронів, бустери, джерела синхротронного випромінювання, установки для терапії раку, промислові прискорювачі.
Конструкції прискорювачів
Генератор Ван де Грааф для першого в Угорщини лінійного прискорювача. На ньому було отримано напруга 1 МВ в 1952 році.
Лінійний прискорювач електронів для Австралійського синхротрона.
|
|
|
Схема пристрою лінійного прискорювача частинок
Лінійні прискорювачі
Ідеологічно найбільш простий, лінійний прискорювач. Частинки прискорюються постійним електричним полем і рухаються прямолінійно по вакуумній камері, уздовж якої розташовані прискорюють електроди. Прискорення заряджених частинок відбувається електричним полем, незмінним або слабо мінливим протягом усього часу прискорення частинок. Важлива перевага високовольтного підсилювача в порівнянні з іншими типами прискорювачів - можливість отримання малого розкиду по енергії частинок, прискорених в постійному в часі і однорідному електричному полі. Даний тип прискорювачів характеризується високим ККД (до 95%) і можливістю створення порівняно простих установок великої потужності (500 кВт і вище), що вельми важливо при використанні прискорювачів в промислових цілях.
Високовольтні прискорювачі можна розділити на чотири групи за типом генераторів, що створюють високу напругу:
- Прискорювач Ван де Грааф. Прискорююча напруга створюється генератором Ван де Грааф, заснованому на механічному перенесенні зарядів діелектричної стрічкою. У сучасних модифікаціях ( пеллетронах) стрічка замінена ланцюгом. Максимальні електричні напруги ~ 20 МВ визначають максимальну енергію часток ~ 20 МеВ.
- Каскадний прискорювач. Прискорююча напруга створюється каскадним генератором (наприклад, генератором Кокрофта-Уолтона, який створює постійне прискорює висока напруга ~ 5 МВ, перетворюючи низьке змінну напругу за схемою діодного помножувача.)
- Трансформаторний прискорювач. Висока змінна напруга створює високовольтний трансформатор, а пучок проходить в потрібній фазі поблизу максимуму електричного поля.
- Імпульсний прискорювач. Висока напруга створюється імпульсним трансформатором при розряді великої кількості конденсаторів.
Циклічні прискорювачі
|
|
|
Бетатрон
Циклічний прискорювач, в якому прискорення частинок здійснюється вихровим електричним полем, індукованим зміною магнітного потоку, охоплюваного орбітою пучка. Оскільки для створення вихрового електричного поля необхідно змінювати магнітне поле сердечника, а магнітні поля в ненадпровіднімашинах зазвичай обмежені ефектами насичення заліза на рівні ~ 20кГс, виникає обмеження зверху на максимальну енергію бетатрон. Бетатрон використовуються переважно для прискорення електронів до енергій 10-100 МеВ (максимум досягнутої в бетатрон енергії 300 МеВ).
|
|
|
Вперше бетатрон був розроблений і створений Відерое в 1928, який, проте, йому не вдалося запустити. Перший надійно працює бетатрон був створений Д. В. Керстен лише в 1940 - 1941 рр.. в США.
Циклотрон
Пристрій циклотрона. 1 - місце надходження часток, 2 - траєкторія їхнього руху, 3 - електроди, 4 - джерело змінної напруги. Магнітне поле спрямоване перпендикулярно площині рисунка.
У циклотроні частки инжектируются поблизу центру магніту з однорідним полем з невеликою початковою швидкістю. Далі, частки обертаються в магнітному полі по колу всередині двох порожнистих електродів, т. зв. дуантов, до яких докладено змінна електрична напруга. Частка прискорюється на кожному обороті електричним полем в щілини між дуантамі. Для цього необхідно, щоб частота зміни полярності напруги на дуантах дорівнювала частоті обертання частинки. Іншими словами, циклотрон є резонансним прискорювачем. Зрозуміло, що зі збільшенням енергії радіус траєкторії частки буде збільшуватися, поки вона не вийде за межі магніту.
Циклотрон - перший з циклічних прискорювачів. Вперше був розроблений і побудований в 1930 Лоуренсом і Лівінгстоном, за що першому була присудженаНобелівська премія в 1939. До цих пір циклотрони застосовуються для прискорення важких частинок до відносно невеликих енергій, до 50 МеВ / нуклон.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 508; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!