Физика машин  
Главная
17.10.2017 г.
Главное меню
Главная
Электромагнетизм
Ядерная энергия
Электроприборы
ДВС
Лазеры / Лучи
Все новости
Карта сайта
Поиск
Контакты
Интересно
Антиматерия
Космические лучи
Изотопы
Альфа,бета-частицы
Открытие нейтрона
Жидкий магнит
Лазер мазер?
Магнит как лекарство
Реактивные двигатели
В честь великих
Переменный ток
Цветная фотография
Элемент 93
U бомба
Фотоаппарат
Новости
Партнеры
Микроорганизмы

Краткие новости
Мазер, установленный на советском спутнике "Космос-97" в 1965 году, позволил собрать ценную информацию о Вселенной.
 

Синхроциклотрон

Печать

Циклотрон в чистом виде можно использовать для ускорения частиц только до энергии 20 МэВ из-за релятивистского из-менения массы с величением скорости, предсказанного Эйнштейном. Этот эффект приводит к тому, что частица с увеличенной массой движется не в фазе с переменным электрическим полем.

Эту проблему удалось решить в 1945 году независимо друг от друга советскому физику В. Векслеру и американцу Е. Макмиллану, которые предложили конструкцию синхроциклотрона. В синхроциклотроне частота переменного поля меняется таким образом, чтобы компенсировать релятивистское изменение массы. Особый интерес исследователей привлекли ускорители электронов. Чтобы расщепить атомы, эти легкие частицы необходимо разогнать намного сильнее, чем протоны (точно так же, как шарик для настольного тенниса необходимо ударить намного сильнее, чем обычный теннисный мяч, чтобы добиться одинаковой силы удара). Обычный циклотрон непригоден для ускорения электронов, поскольку при тех огромных скоростях, когда электрон превращается в эффективный "снаряд", его релятивистская масса слишком велика. В 1940 году американский физик Д. Керст изобрел электронный ускоритель, в котором возрастающая масса частиц компенсировалась повышением мощности электрического поля, а электроны двигались по кругу постоянного диаметра, а не по спирали. Такое устройство, получившее название бетатрон, позволило разогнать электроны до 340 МэВ.

Теперь остановимся на устройствах другого типа, названных электронные синхротроны. Первый образец такого ускорителя создали в 1946 году английские инженеры Ф.К. Говард и Д.Е. Барнз. С их помощью электроны разгонялись по кругу до 1000 МэВ, но не могли преодолеть этот барьер, поскольку движущийся со столь высокими скоростями электронный поток излучает энергию, что сильно тормозит полет частиц. Поэтому такое излучение называется "тормозной радиацией".

На основе конструкций бетатрона и электронного синхротрона в 1947 году был изготовлен и протонный синхротрон, в котором протоны движутся по одной и той же круговой траектории. Как и в случае с электронами, это устройство позволяло справляться с возрастающей массой частиц за счет синхронного увеличения магнитного поля.

Так как более массивный протон при движении по кругу теряет энергию не столь быстро, как электрон, с его помощью физикам удалось преодолеть прежний уровень 1000 МэВ, или 1 ГэВ (буква "Г" - сокращение от слова "гига", что по-гречески значит "гигантский"). В 1952 году в США был построен протонный синхротрон мощностью около 3 ГэВ, названный космотрон, поскольку обеспечивал уровень энергий, близкий к мощности космического излучения. Два года спустя в Калифорнии был создан беватрон, разгонявший протоны до 6 ГэВ. Но в 1957 году советские ученые сообщили о строительстве "фазотрона" с энергией частиц до 10 ГэВ.

Сейчас все эти устройства кажутся просто "игрушечными" по сравнению с современными ускорителями. Недостатком первых моделей беватрона являлось постоянное столкновение разогнанных частиц со стенками кольцевого канала. В новом типе установок этот недостаток устранен за счет переменных магнитных полей различной формы, помогающих удерживать частицы в узком потоке. Первым эту идею предложил Кристофилос - любитель, который победил профессионалов. В дальнейшем удалось уменьшить размеры магнита, необходимого для достижения нужного уровня энергий. Увеличение веса магнита всего в 2 раза дало рост энергии частиц в 50 раз.

В ноябре 1959 года Европейская комиссия по ядерным исследованиям (CER.N) с участием 12 государств сообщила о создании сильнофокусного синхротрона импульсного типа с энергией 24 ГэВ и производительностью до 10 миллиардов прогонов каждые три секунды. Этот синхротрон состоит из трех блоков, протяженность одного кругового трека составляет более 0,4 мили. За три секунды - продолжительность одного импульса - протоны успевают сделать по этому кругу более миллиона оборотов. Магнит установки весит 3500 тонн, и она стоит 30 миллионов долларов.

Но и это было далеко не последнее слово в области элементарных частиц. В США уже в 1960-х годах был разработан ускоритель с энергией выше 30 ГэВ, а в 1967 году СССР запущен в строй гигантский синхрофазотрон диаметром более мили и энергией более 70 ГэВ. А к концу XX века появились ускорители частиц с энергией выше 1000 ГэВ.

Линейные ускорители также были коренным образом усовершенствованы. В результате были устранены недостатки первых моделей этих установок. Линейные ускорители имеют ряд преимуществ перед циклотронами при достижении сверхвысоких энергий. Поскольку в данном случае электроны не теряют энергию при полете по прямой, линейные ускорители разгоняют их до более высоких скоростей, а электронный поток лучше сфокусирован и точнее попадает в мишень. В Стенфордском университете (США) сконструирован линейный ускоритель длиной 2 мили, на котором электроны разгоняются до 45 ГэВ.

Однако мощность потока частиц определяется не только размерами ускорителя. Еще большего эффекта можно достичь, если два ускорителя расположить таким образом, что потоки вылетающих оттуда частиц сталкиваются друг с другом "лоб в лоб". В результате суммарная энергия удара по мишени учетверяется по сравнению с единичным стационарным потоком.

Но даже с помощью одного беватрона ученые сумели получить антипротон. Первыми об этом сообщили в 1955 году американские физики из Калифорнийского университета. О. Чемберлен и Э. Сегре, зафиксировавшие антипротоны (всего около 60) по ходу многочасового обстрела медной мишени протонами с энергией 6,2 ГэВ. При этом на один антипротон пришлось до 40 000 актов образования частиц других типов. Однако тщательно продуманная методика позволила ученым разглядеть "иголку в стоге сена".

За свое открытие оба физика удостоены Нобелевской премии по физике за 1959год.

 
« Пред.   След. »
Rambler's Top100