Физика машин  
Главная
22.08.2017 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
В 1962 году лазерный луч достиг Луны, образовав на лунной поверхности пятно диаметром чуть более 2 миль
 

Ускорители частиц

Печать

Дирак предсказал не только антиэлектрон (позитрон), но и антипротон. Для получения антипротона нужна энергия, пропорциональная массе этой частицы. Так как протон в 1836 раз массивнее электрона, для его получения требуется, по крайней мере, во столько же раз больше энергии. Поэтому современникам Дирака ничего не оставалось, как ждать, когда будут разработаны соответствующие ускорители элементарных частиц.

Почти сразу после предсказания Дирака были сделаны первые попытки в этом направлении. В 1928 году английские физики Д. Кокрофт и Э. Уолтон сконструировали "умножитель напряжения", с помощью которого заряженный протон можно было разогнать до энергии 400 000 электрон-вольт (эВ). (1 эВ соответствует энергии электрона, находящегося в электрическом поле напряжением 1 вольт.) С помощью разработанного аппарата им удалось расколоть ядра лития, за что оба были удостоены Нобелевской премии за 1951 год.

Тем временем американец Р. Ван-де-Грааф построил другой тип ускорителя, в котором происходило отделение электронов от протонов, которые собирались в противоположных концах устройства благодаря движущейся изолирующей ленте. Благодаря такой конструкции в "электростатическом генераторе" создавалось электростатическое поле огромной мощности, достигавшее 8 миллионов вольт. В таких генераторах протоны разгонялись до 24 миллионов электрон-вольт (24 МэВ).

Электростатический генератор Ван-де-Граафа привел к настоящему прорыву в физике элементарных частиц, а сам автор изобретения получил прозвище "сокрушитель атомов". Обычно люди воспринимали его прибор как "генератор молний", но это было нечто большее. (Аппарат для получения искусственных молний изобрел инженер-электрик Ч. Стейнмец в 1922 году.)

Принцип работы линейного ускорителя. Высокочастотный генератор переменного напряжения создает условия попеременного притягивания и отталкивания заряженных частиц при пролете цепи расположенных друг за другом трубок, вызывая их ускорение в выбранном направлении

Верхний уровень энергии, которую можно было получить в генераторе Ван-де-Граафа, ограничивался величиной максимально достижимого электрического потенциала. Это ограничение вскоре удалось устранить изменением конструкции аппарата. Вместо одного мощного электрического напряжения вы используете каскад небольших разрядов напряжений. И если каждый участок проходить вовремя, то скорость разгоняемых частиц постоянно растет, аналогично тому, как постепенно раскачиваются качели, если вы попадаете в такт с их колебаниями.

Но не так легко ритмично "подталкивать" частицы, и длина такого линейного ускорителя не может быть бесконечной, поэтому они не нашли особого применения в 1930-х годах. Этому способствовало открытие Э. Лоуренса из Калифорнийского университета (США). Он подумал: почему бы вместо того, чтобы разгонять частицы в трубе, вытянутой в длину, не направить их движение по кругу? Для этого вполне можно использовать магнитное поле. И всякий раз после прохождения полукруга на частицы будет действовать противоположное по направлению поле, что значительно упрощает контроль над их своевременным "подталкиванием". По мере ускорения частиц их круги в магнитном поле постепенно расширяются, а время прохождения кругов сохраняется на том же уровне. В конце этой спиралевидной тра-ектории частицы вылетают из циклотрона (который в действительности состоит из двух полукружий, называемых дуантами) и атакуют мишень.

Принцип работы циклотрона, показанного сверху и сбоку. Вылетающие из радиоактивного источника частицы, получая в каждом из дуантов попеременные мощные толчки-импульсы, с ускорением движутся по расширяющейся спирали

Первая созданная Лоуренсом модель циклотрона, около 1 фута в диаметре, обеспечивала ускорение частиц всего до 1,25 МэВ. Но уже в-1939 году в Калифорнийском университете был построен циклотрон с магнитами 5 футов в диаметре, разгоняющий частицы до 20 МэВ, что в 2 раза выше энергии самых мощных альфа-частиц, испускаемых радиоактивными источниками. В том же году Лоуренс был удостоен Нобелевской премии по физике.

Однако циклотрон в чистом виде можно использовать для ускорения частиц только до энергии 20 МэВ из-за релятивистского из-менения массы с увеличением 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. Макмил-лану, которые предложили конструкцию синхроциклотрона .

 

 
« Пред.   След. »
Rambler's Top100