ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Из истории физики. Синхротрон из "Механика " Калифорнийский университет, Беркли, Калифорния 5 сентября 1946 г. [c.411] Предлагаемое устройство основано на фазовой устойчивости некоторых орбит в циклотроне. Рассмотрим, например, частицу, энергия которой такова, что ее угловая скорость как раз соответствует круговой частоте электрического поля. Назовем эту энергию равновесной. Пусть, далее, частица пересекает ускоряющий зазор как раз в тот момент, когда электрическое поле проходит через нуль, изменяясь в таком направлении, что более ранний подход частицы вызвал бы ее ускорение. Такая орбита является безусловно стационарной. Чтобы это показать предположим, что сдвиг по фазе таков, что частица подходит к зазору слишком рано. Тогда она получает ускорение рост энергии вызывает уменьшение угловой скорости, что задерживает подход к зазору Аналогичное рассуждение доказывает, что и отклонение энергии от равновесного значения вызывает самокоррекцию. [c.411] Смещенные подобным образом орбиты будут продолжать колебаться с периодическими изменениями как фазы, так и энергии около их средних равновесных значений. [c.411] Как видно, уравнение (3) одинаково с уравнением движения маятника при неограниченней амплитуде, в котором члены правой части выражают постоянный крутящий момент и демпфирующую силу. Таким образом, изменение фазы имеет колебательный характер, пока амплитуда не слишком велика, причем допустимая амплитуда составляет п, когда выражение в первых скобках в правой части равно нулю, и стремится к нулю, когда это же выражение стремится к V. По теореме для адиабатного процесса амплитуда должна изменяться обратно пропорционально корню четвертой степени из Eq, поскольку Ео играет роль медленно изменяющейся массы в первом члене уравнения при уменьшении частоты последний член правой части обусловливает дополнительное затухание. [c.412] Применение данного метода будет зависеть от типа частиц, подлежащих ускорению, поскольку начальная энергия в любом случае близка к энергии покоя, В случае электронов Eg будет изменяться в процессе ускорения во много раз. Изменять частоту во столько же раз нецелесообразно. Таким образом, в этом случае следует предпочесть изменение Я, что имеет то дополнительное преимущество, что орбита должна приближаться к постоянному значению радиуса. В случае тяжелых частиц Ео будет изменяться гораздо слабее например, при ускорении протонов до 300 МэВ Ео изменяется на 30%. Поэтому при ускорении тяжелых частиц может оказаться целесообразным ия-менять частоту. [c.412] Для придания орбитам радиальной и осевой устойчивости иоле должно несколько ослабевать в направлении возрастающего радиуса. Полный магнитный поток приблизительно в 5 раз меньше, чем потребовалось бы в бетатроне при той же конечной энергии. [c.413] Необходимое напряжение на ускоряющих электродах зависит от скорости изменения магнитного поля. Если магнит возбуждается за 60 циклов, то амплитудное значение величины ( lf)dEoldt составляет 2300 В. (Бетатронный член, содержащий dF jdt, составляет примерно 1/5 этой величины, и им можно пренебречь.) Если положить V = 10 000 В, наибольший сдвиг фазы будет 13°. Число оборотов на одно колебание фазы будет колебаться в процессе ускорения в пределах от 22 до 440. Относительное изменение Ео за один период колебания фазы составляет 6,3% во время инжекции, с последующим уменьшением. Таким образом, остается в силе предположение о медленном изменении за период, сделанное при выводе уравнений. Потеря энергии на излучение рассматривается в следующем письме в редакцию, в котором показано, что в данном случае она несущественна. [c.413] Применение к тяжелым частицам не рассматривается подробно, но представляется вероятным, что наияучший путь будет заключаться в изменении частоты. Поскольку не потребуется особенно быстрого изменения, оно смогло ы осуществляться механическим вращающим приспособлением, приводимым в действие электродвигателем. [c.413] Синхротрон открывает возможность достижения энергий в гигаэлектрон-вольтовом диапазоне как для электронов, так и для тяжелых частиц в первом случае эта цель будет достигаться при меньших затратах на материалы и энергию, чем в бетатроне во втором случае устраняется релятивистское ограничение, существующее для циклотрона. [c.413] Постройка основанного на описанном принципе ускорителя для электронов на 300 МэВ планируется в Радиационной лаборатории при Калифорнийском университете в Беркли. [c.413] Вернуться к основной статье