| 8695912 9216 5224 943 1нными кольцами
При этом способе ускорения создаётся устойчивый электронный сгусток, в к-рый вводятся положительно заряженные ионы. Электрич. поле электронного сгустка прочно удерживает ионы. При ускорении сгустка внешним полем ионы также ускоряются вместе со сгустком. Конечная энергия ионов во столько раз больше энергии электронов того же сгустка, во сколько раз масса иона больше массы электрона; если ускоряются протоны, то это отношение равно 1836. Данный метод имеет наибольшее практич. значение. Рассмотрим конкретную схему создания устойчивого сгустка электронов.
Физические основы создания устойчивого сгустка. Чтобы добиться устойчивости сгустка электронов, необходимо скомпенсировать силы кулоновского отталкивания электронов в сгустке. Это можно сделать добавлением в сгусток необходимого числа положительно заряженных ионов. Однако число ионов должно быть небольшим, чтобы масса сгустка существенно не менялась (т. к. ускорение зависит от отношения заряда к массе). Такие противоречивые требования выполняются лишь для движущихся электронов. Действительно, на электроны сгустка действуют кулоновские силы расталкивания, что приводит к разлёту сгустка. Но если сгусток движется, то, кроме кулоновских сил, появляются магнитные силы, связанные с движением зарядов и направленные противоположно силам расталкивания. Чем выше скорость движения электронов, тем больше магнитные силы. Для электронов с энергией движения, напр., в 10 Мэв результирующая сила расталкивания уменьшается в 400 раз по сравнению с силой для покоящихся электронов. В этом случае достаточно в электронный сгусток ввести малое число ионов (1/400 от числа электронов), чтобы полностью скомпенсировать кулоновское отталкивание. Для последующего ускорения такого образования во внешнем поле сгусток формируется в виде кольца движущихся электронов. Внутри сечения такого кольца (тора) расположены практически покоящиеся ионы. Кольцо используется для ускорения ионов. Сила, действующая на каждый ион кольца при движении его во внешнем поле, прямо пропорциональна числу электронов в кольце и обратно пропорциональна сечению кольца. Эти параметры и определяют эффективность ускорения в данном методе.
Схема ускорителя с электронными кольцами. Сгусток электронов формируется след. образом. Пучок электронов от линейного ускорителя вводится (инжектируется) в магнитное поле, такое же, как у ускорителя со слабой фокусировкой, и образует кольцо большого диаметра. Начальный размер кольца выбирается из условия удержания в поле нужного числа электронов. Затем магнитное поле нарастает и в соответствии с ростом поля все размеры кольца уменьшаются. Этот процесс продолжается вплоть до получения кольцевого сгустка требуемых параметров. В конечном состоянии сжатия при помощи газового клапана в область кольца впрыскивается необходимое количество газа. Электроны ионизуют газ, и образующиеся ионы захватываются электронным сгустком. Число захваченных ионов регулируется изменением давления впускаемой порции нейтрального газа. После этого меняется конфигурация магнитного поля, удерживающего электроны, и кольцо вместе с ионами начинает двигаться с ускорением вдоль своей оси в направлении спада магнитного поля (за счёт трансформации энергии вращения электронов в энергию поступательного движения кольца). Дальнейшее ускорение кольца производится внешним электрич. полем (см. рис.); при этом необходима ускоряющая система со значительным энергетическим запасом, напр. система высокочастотных резонаторов.
Эксперименты, проведённые на макетах таких ускорителей в Объединённом институте ядерных исследований (СССР, г. Дубна), позволили получить эффективность ускорения в десятки Мэв/м. Во многих странах ведутся работы по изучению возможностей получения в коллективных методах ускорения эффективностей в сотни Мэв/м.
Лит.: Veksler V. I., Coherent principle of acceleration of charged particles, "Proceedings CERN symposium on high energy accelerators and pion physics", v. 1, Gen., 1956, p. 80-83; Плютто А. А. и др., Ускорение ионов в электронном пучке, "Атомная энергия", 1969, т. 27, в. 5, с. 418; Файнберг Я. Б., Ускорение частиц в плазме, "Атомная энергия", 1959, т. 6, в. 4, с. 431 - 46; Veksler V. I. et al., Linear collective acceleration of ions, "Proceedings of the sixth International conference on high energy accelerators", Camb., 1967, p. 289.
В. П. Саранцев.
УСКОРЕННАЯ КИНОСЪЁМКА, киносъёмка с частотой, повышенной относительно обычной частоты кинопроекции (в проф. кинематографе 24 кадр/сек); к категории ускоренной относят съёмку с частотой до 64 кадр/сек. При демонстрации фильма, снятого методом У. к., возникает эффект замедления движения, что даёт зрителю возможность лучше различать фазы наблюдаемых на экране явлений и процессов. К У. к. прибегают также при съёмке с рук, из движущегося автомобиля, с лодки или катера и т. п.; в этом случае изображение на экране становится более устойчивым (не "прыгает"). У. к. производят, как правило, с использованием обычной проф. или любительской киносъёмочной аппаратуры с расширенным диапазоном частот съёмки. Лит.: Голдовский Е. М., Введение в кинотехнику, М., 1974.
УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ.
Содержание:
I. История развития ускорителей
II. Классификация ускорителей
III. Принцип действия резонансных ускорителей
IV. Основные типы современных ускорителей
А. Циклические ускорители
Б. Линейные ускорители
У. з. ч.- устройства для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий. Ускорение производится с помощью электрич. поля, способного изменять энергию частиц, обладающих электрич. зарядом. Магнитное поле может лишь изменить направление движения заряженных частиц, не меняя величины их скорости, поэтому в ускорителях оно применяется для управления движением частиц (формой траектории). Обычно ускоряющее электрич. поле создаётся внеш. устройствами (генераторами). Но возможно ускорение с помощью полей, создаваемых др. заряженными частицами; такой метод ускорения наз. коллективным (см. Ускорения заряженных частиц коллективные методы). У. з. ч. следует отличать от плазменных ускорителей, в к-рых происходит ускорение в среднем электрически нейтральных потоков заряженных частиц (плазмы).
У. з. ч.- один из осн. инструментов совр. физики. Ускорители являются источниками как пучков первичных ускоренных заряженных частиц, так и пучков вторичных частиц (мезонов, нейтронов, фотонов и др.), получаемых при взаимодействии первичных ускоренных частиц с веществом. Пучки частиц больших энергий используются для изучения природы и свойств элементарных частиц, в ядерной физике, в физике твёрдого тела. Всё большее применение они находят и при исследованиях в др. областях: в химии, биофизике, геофизике. Расширяется значение У. з. ч. различных диапазонов энергий в металлургии - для выявления дефектов деталей и конструкций (дефектоскопия), в деревообделочной пром-сти - для быстрой высококачеств. обработки изделий, в пищевой пром-сти - для стерилизации продуктов, в медицине - для лучевой терапии, для "бескровной хирургии" и в ряде др. отраслей.
I. История развития ускорителей
Толчком к развитию У. з. ч. послужили исследования строения атомного ядра, требовавшие потоков заряженных частиц высокой энергии. Применявшиеся вначале естеств. источники заряженных частиц - радиоактивные элементы - были ограничены как по интенсивности, так и по энергии испускаемых частиц. С момента осуществления первого искусств. превращения ядер (1919, Э. Резерфорд) с помощью потока а-частиц от радиоактивного источника начались поиски способов получения пучков ускоренных частиц.
В начальный период (1919-32) развитие ускорителей шло по пути получения высоких напряжений и их использования для непосредств. ускорения заряженных частиц. В 1931 амер. физиком Р. Ван-де-Граафом был построен электростатический генератор, а в 1932 англ. физики Дж. Кокрофт и Э. Уолтон из лаборатории Резерфорда разработали каскадный генератор. Эти установки позволили получить потоки ускоренных частиц с энергией порядка миллиона электрон-вольт (Мэв). В 1932 впервые была осуществлена ядерная реакция, возбуждаемая искусственно ускоренными частицами,- расщепление ядра лития протонами.
Период 1931-44 - время зарождения и расцвета резонансного метода ускорения, при к-ром ускоряемые частицы многократно проходят ускоряющий промежуток, набирая большую энергию даже при умеренном ускоряющем напряжении. Основанные на этом методе циклич. ускорители - циклотроны (Э. О. Лоуренс)- вскоре обогнали в своём развитии электростатич. ускорители. К концу периода на циклотронах была достигнута энергия протонов порядка 10-20 Мэв. Резонансное ускорение возможно и в линейных ускорителях. Однако линейные резонансные ускорители не получили в те годы распространения из-за недостаточного развития радиотехники. В 1940 амер. физик Д. У. Керст реализовал циклич. индукционный ускоритель электронов (бетатрон), идея к-рого ранее уже выдвигалась (амер. физик Дж. Слепян, 1922; швейц. физик Р. Видероэ, 1928).
Разработка ускорите |
