ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Линейные ускорители из "Физические основы механики " Рассмотренные два случая преломления траекторий частиц являются лишь дтростейшими примерами эффектов, которые могут наблюдаться при движении частиц в электрическом поле. При различной конфигурации электрических полей можно достичь, например, того, что пучок расходящихся траекторий частиц в этом поле превратится в сходящийся, т. е. произойдет фокусировка пучка частиц. Такие методы широко применяются сейчас для получения тонких пучков заряженных частиц, а также для различных других преобразований пучков частиц, главным образом электронов (так называемая электронная оптика). Электроды, которые служат для создания электрических полей нужной конфигурации, называются электрическими (или электростатическими) линзами. [c.209] Сообщить электрически заряженным частицам большие скорости можно только с помощью электрического поля. Магнитное поле, как уже отмечалось, не изменяет величины скорости, так как сила, действующая со стороны этого поля, всегда нормальна к скорости частицы и поэтому изменяет лишь направление скорости. Если в ускорителях частиц применяется только электрическое поле, то движение частиц происходит по прямолинейным траекториям, вдоль которых на частицы действует ускоряющее электрическое поле. Применяя также и магнитное поле, можно заставить ускоряемые частицы двигаться по круговым (или близким к круговым) траекториям. Но по-прежнему для ускорения частиц необходимо применять электрическое поле, которое в этом случае должно действовать вдоль круговой траектории или отдельных ее участков. В соответствии с этим ускорители, в которых применяется только электрическое поле, называют линейными, а в которых применяется также и магнитное поле — циклическими. [c.209] По принципу действия наиболее простым из линейных ускорителей является ускоритель, в котором частицы движутся прямолинейно вдоль направления электрического поля, создаваемого каким-либо постоянным источником высокого напряжения, например электростатическим генератором. Однако с помощью такого генератора трудно осуществить ускорители с напряжением, превышающим 5—6 мегавольт. Этим ограничиваются и те скорости и энергии, которые могут быть сообщены частицам с помощью такого ускорителя. [c.209] Прежде чем переходить к рассмотрению других типов ускорителей, заметим, что ускорители принято характеризовать не скоростью, а кинетической энергией, которую они сообщают ускоряемым частицам. Когда ускоряемые частицы обладают зарядом, равным или кратным заряду электрона (электроны, протоны, ионизированные атомы), их энергию удобно выражать в электроновольтах эв). [c.209] Чтобы сообщить частицам более высокие энергии, чем те, которых можно достичь с помощью электростатического генератора, применяются линейные ускорители с переменным электрическим полем. Частицы движутся внутри системы полых электродов (в простейшем случае — цилиндрических трубок), расположенных вдоль прямой линии (рис. 105). Переменное ускоряющее поле между электродами создает генератор электрических колебаний высокой частоты. Простейший способ включения генератора изображен на рис. 105 электроды присоединяются через один к полюсам (четные — к одному полюсу, нечетные — к другому) генератора, так что между каждыми двумя соседними электродами в каждый момент существует одинаковое по величине, но противоположное по знаку напряжение. [c.210] Поскольку скорость частицы при прохо-ч дении промежутка возрастает, для соблюдения этого соотношения расстояние между промежутками, т. е. длина электродов, должно возрастать в направлении движения частиц. Нужный закон возрастания длины электродов зависит от закона увеличения скорости в промежутках между электродами. Пока у с, общее увеличение энергии частицы на neU,n на п промежутках приводит к тому, что скорость частицы растет по закону (3.28), т. е. [c.211] Чтобы обеспечить лучшие условия ускорения для большей группы частиц, длины промежутков рассчитывают не на максимальное значение Urn, а на несколько меньшее значение Ui. [c.212] Когда скорость частицы v становится сравнимой с с, прирост скорости (при том же приросте энергии) замедляется и соответственно медленнее должны расти d. Когда v близко к с, ускоритель с электродами в виде полых цилиндров применять не выгодно. В этом случае выгоднее создать электромагнитную волну, распространяющуюся со скоростью, близкой к скорости частицы. Если скорость частиц близка к скорости света, то в линейном ускорителе вдоль системы электродов (которые в этом случае представляют собой расположенные одна за другой диафрагмы) должна распространяться электромагнитная волна, также со скоростью, близкой к скорости света. На гребнях этой волны частицы проносятся вдоль ускорителя, и их энергия непрерывно возрастает. [c.212] Такой ускоритель называют линейным ускорителем на бегущей волне. Он применяется для ускорения электронов, так как они быстро набирают скорость, близкую к скорости света. Для тяжелых частиц ускоритель на бегущей волне осуществить очень трудно, так как трудно создать электромагнитную волну, распространяющуюся со скоростью, значительно меньшей скорости света а с другой стороны, тяжелые частицы трудно ускорить до скорости, близкой к скорости света. Поэтому для протонов, например, применяют линейный ускоритель с цилиндрическими электродами, описанный выше. [c.212] Так как ускоряемые частицы проходят через все ускоряющие промежутки за короткие интервалы времени, в течение которых напряжение на промежутках U Um, то на выходе ускорителя частицы появляются не непрерывным потоком, а отдельными сгустками в тече- ние интервалов времени, малых по сравнению с периодом колебаний ускоряющего переменного поля. [c.212] Максимальные энергии, которые могут быть сообщены частицам Б линейном ускорителе, зависят от напряжения U на ускоряющих промежутках и числа этих промежутков. В настоящее время с помощью линейных ускорителей удается ускорить электроны до энергии, близкой к 1 Гэв, а протоны — до энергии около 100 Мэе. [c.212] Вернуться к основной статье