ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Развитие линейных ускорителей из "Линейные ускорители " Ускорители относятся к основным приборам ядерной физики. [c.7] В ходе эволюции ускорители из сравнительно небольших и простых аппаратов, которые позволяли получать потоки частиц с энергиями в сотни килоэлектронвольт, превратились в сложнейшие сооружения. Прогресс ускорительной техники базируется на новейших достижениях современной физики, радиотехники, вакуумной техники, материаловедения. В настоящее время современная наука располагает разнообразными типами ускорителей заряженных частиц, которые позволяют получать частицы с энергиями от нескольких сот килоэлектронвольт до нескольких десятков миллиардов электронвольт. [c.7] Современные ускорители могут обеспечивать также значительные токи ускоренных частиц. Крупнейшие из этих установок имеют колоссальные размеры и превратились в своеобразные гигантские фабрики, выдающие столь необычную продукцию. В Советском Союзе имеются уникальные ускорители на сверхвысокие энергии. Два из них работают в атомном центре под Москвой в городе Дубна. Дубненский синхроциклотрон ускоряет протоны до энергии 680 млн. эв, а синхрофазотрон дает возможность получать протоны с энергией 10 млрд. эе. В Харькове сооружен линейный ускоритель, в котором электроны, проходя ускоряющий волновод длиной 250 м, получают энергию около 2 млрд. эв. Под Серпу-ховым работает самый большой в мире протонный синхротрон на энергию 70 млрд. эв. Длина окружности магнитного кольца, в котором движутся ускоряемые протоны, составляет около 1,5 км. [c.7] Ускорители заряженных частиц используются не только для физических исследований, но применяются в других областях науки и практики. Сейчас многие научные и производственные лаборатории оснащены ускорителями на сравнительно невысокие энергии, их используют как универсальные мощные источники ионизирующих излучений. Неуклонно растет также применение ускорителей в качестве нового вида производственного оборудования. Современные ускорители должны удовлетворять определенным требованиям с точки зрения управления, обслуживания, надежности, экономической эффективности и других эксплуатационных качеств. [c.7] Ускорение заряженных частиц происходит под действием электрического (или электрической компоненты переменного электромагнитного) поля. Другими словами, ускорение осуществляется действием электрических сил поля на заряд частицы. [c.8] По виду траекторий, которые частицы описывают в процессе ускорения, все ускорители можно разделить на два крупных класса циклические и линейные. В последних частица проходит путь по прямой линии или близкой к ней. [c.8] Линейные ускорители можно разделить на несколько групп. К первой группе относятся высоковольтные ускорители, в которых энергия частицы увеличивается за счет высокого напряжения это электростатические, каскадные ускорители и трансформаторные. Ко второй группе — индукционный ускоритель. В нем энергия частиц возрастает под действием вихревой электродвижущей силы, возникающей при изменении магнитного потока. [c.8] Наконец, к третьей группе относятся линейные резонансные ускорители. В этих ускорителях частица приобретает энергию, взаимодействуя с высокочастотным электромагнитным полем. Для эффективной передачи энергии от поля частице должно быть в каждый момент времени выдержано определенное соответствие между скоростью частицы и скоростью ускоряющей электромагнитной волны (или частотой ускоряющего поля). [c.8] Следует отметить, что прямолинейное движение при ускорении заряженных частиц является наиболее очевидным, и поэтому не удивительно, что первыми были созданы линейные ускорители. В 1929 г. голландский физик Ван де Грааф реализовал схему получения высокого напряжения с помощью механического переноса заряда. Это напряжение он использовал для ускорения частиц. Уже в 1931 г. Ван де Грааф построил электростатический ускоритель на 1,5 млн. в. [c.8] В 1932 г. английские физики Дж. Кокрофт и Уолтон, применив схему умножения переменного напряжения, ускорили пучок протонов до энергии 700 кзв. С помощью этой установки была впервые осуществлена искусственная ядерная реакция на ядрах лития. [c.8] Однако технические возможности использования высокого напряжения в то время были сильно ограничены, поэтому ученые искали новые принципы ускорения, при которых сравнительно невысокое напряжение можно было бы неоднократно использовать для увеличения энергии частиц. Одновременно разрабатывалась схема резонансного ускорения частиц переменным напряжением с использованием так называемых трубок дрейфа. [c.8] Поиски новых путей получения частиц высоких энергий, которые разрешили бы перечисленные трудности, привели Лоуренса к идее использовать свойство магнитного поля искривлять траектории движущихся заряженных частиц для создания циклического ускорителя. В этом ускорителе использовались как переменное высокочастотное напряжение для ускорения частиц, так и мощный электромагнит, в поле которого траектория ускоряемых частиц из прямолинейной превращалась в спираль. Одновременно это же магнитное поле использовалось для фокусировки протонов, что привело к значительному повышению интенсивности потока частиц на выходе ускорителя. [c.9] Первый ускоритель такого типа был сооружен Лоуренсом в США в 1931 г. Такие установки получили название циклотронов и применялись в физических лабораториях уже до второй мировой войны. Отметим, что первый циклотрон в Европе был построен в Ленинградском радиевом институте в 1937 г. [c.9] Возможности циклотрона для получения частиц высоких энергий оказались ограниченными. Новая ступень в развитии ускорительной техники началась после открытия советским ученым академиком В. И. Векслером в 1944 г. принципа автофазировки. Применение принципа автофазировки привело к созданию различных типов циклических резонансных ускорителей, таких, как синхротрон, синхроциклотрон, синхрофазотрон, с помощью которых и были достигнуты сверхвысокие энергии. [c.9] Интенсивное развитие мощной высокочастотной аппаратуры в конце второй мировой войны создало базу для разработки на новом, уровне линейных ускорителей заряженных частиц. Этому в значительной степени способствовало и развитие общей теории резонансных ускорителей. [c.9] Сразу же определилось различие ускорителей легких и тяжелых частиц. [c.9] Первый ускоритель тяжелых частиц был сооружен в 1946— 1947 гг. в Беркли (США) под руководством Л. Альвареца. В ускорителе, который представлял собой цилиндрический резонатор с трубками дрейфа и в котором использовалась сеточная фокусировка, были получены протоны с энергией 32 Мэе. [c.9] Линейный ускоритель электронов, в котором применяли в качестве ускоряющей системы волновод с бегущей электромагнитной волной, был создан английскими учеными под руководством Д. Фра в 1948 г. [c.9] Современные линейные ускорители электронов и ионов в принципе подобны этим первым установкам, однако отличаются от них большими величинами выходных энергий и токов и значительным техническим совершенством, а протонные ускорители — и весьма эффективной системой квадрупольной фокусировки. Большой вклад в развитие теории линейных резонансных ускорителей, практики конструирования и эксплуатации этих сложных сооружений внесли советские ученые. Первые работы в области теории линейных ускорителей и создания первых действующих установок были выполнены в Физико-техническом институте АН УССР под руководством К. Д. Синельникова и А. К. Вальтера. В дальнейшем в разработке теории линейных ускорителей принимали участие В. В. Владимирский, Б. К. Шембель, Э. Л. Бурштейн и другие советские ученые. [c.10] Большую работу по сооружению линейных ускорителей электронов и протонов выполнил Радиотехнический институт АН СССР под руководством А. Л. Минца. Крупные работы по созданию линейных ускорителей как для научных, так и для промышленных применений выполнены научно-исследовательским институтом электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова под руководством Е. Г. Комара. [c.10] Вернуться к основной статье