| 8695912 9216 5224 943 1более крупных У. на в. п. приведены в таблице.
Краткая история развития У. на в. п.
Разработка и сооружение экспериментальных установок для исследований на встречных пучках частиц были начаты в 1956 во мн. лабораториях в СССР и за рубежом после опубликованного предложения амер. физика Д. У. Керста. В течение 1956-66 преимущество в реализации встречных пучков было отдано лёгким стабильным частицам - электронам и позитронам (предложение о реализации ускорителей со встречными элект-рон-позитронными пучками принадлежит Будкеру), для к-рых ультрарелятивистские скорости достигаются при энергиях в сотни Мэв. Первые установки на встречных е~ е~ и е~ е+ пучках были созданы в Ин-те ядерной физики Сиб. отделения АН СССР (Будкер, А. А. Наумов с сотрудниками), в Станфордском центре линейных ускорителей (амер. физик В. К. Панофский и др., США), в Лаборатории линейных ускорителей во Фраска-ти (С. Тазарри и др., Италия), в Лаборатории ускорителей в Орсе (П. Марин и др., Франция).
В связи с запуском в 1959-60 высокоэнергичных ускорителей протонов в ЦЕРНе (Швейцария) на 28 Гэв и в США на 33 Гэв открылись реальные возможности для создания накопительных колец на встречных рр пучках. В 1971 в ЦЕРНе были запущены два накопительных кольца для встречных рр пучков с энергией 31,4 Гэв (К. Йонсен с сотрудниками). Успешная эксплуатация этой установки при циркулирующих токах протонов 22-25 а и светимости 6,7 * 1030см-2 сек-1 стимулировала дальнейшее развитие проектных работ по рр, рр и ре~ накопительным установкам высоких энергий. Идёт разработка ещё 6 проектов (кроме указанных в табл.) в СССР, США и Великобритании, реализация к-рых предполагается в 1980-90. Лит.: Кеrst D. W., Properties of an in-tersecting-beam accelerating system, CERN Symposium, v. 1, Gen., 1956, p. 36; Будкер Г. И., Наумов А. А. и др., Работы по встречным электрон-электронным, позитрон-электронным и протон-протонным пучкам в Институте ядерной физики СО АН СССР, в кн.: Труды Международной конференции по ускорителям. Дубна. 1963, М., 1964, с. 274-87; Jonsen K. [a. p.], Some problems connected with the use of intersecting proton storage rings, там же, с. 312-25; Будкер Г. И., Ускорители и встречные пучки, в кн.: Труды VII Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий, т. 1, Ер., 1970, с. 33; Труды IV Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Москва. 1974, М., 1975, т. 2, с. 300-318. В. П. Дмитриевский.
УСКОРИТЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ, устройство для ускорения заряженных частиц электрич. полем, неизменным или слабо меняющимся в течение всего времени ускорения частиц. Осн. элементы У. в.- высоковольтный генератор, источник заряженных частиц и система, предназначенная для ускорения частиц (рис. 1). Напряжение, получаемое от высоковольтного генератора, подаётся на электроды ускоряющей системы и создаёт внутри этой системы электрич. поле. Заряженные частицы из источника ускоряются этим полем до энергии Е = епи эв, где е - элементарный электрич. заряд, п - число элементарных зарядов ускоряемой частицы, и - напряжение (в в) высоковольтного генератора.
Давление внутри ускоряющей системы не должно превышать 10-4 - 10-5 мм рт. ст., т. к. иначе происходит значит. рассеяние ускоряемых частиц на молекулах газа.
Важное преимущество У. в. по сравнению с др. типами ускорителей - возможность получения малого разброса по энергии частиц, ускоряемых в постоянном во времени и однородном электрич. поле. С помощью У. в. легко может быть достигнут относит. разброс энергии ~ 10-4, а у отд. ускорителей 10-5 - 10-6. Благодаря этому У. в. нашли широкое применение при исследованиях в атомной и ядерной физике. Др. преимущество У. в.- возможность создания установок с большой мощностью и высоким кпд, что весьма важно при использовании ускорителей в прикладных целях.
Виды У. в. В зависимости от типа используемого высоковольтного генератора различают электростатические, каскадные, трансформаторные и импульсные У. в.
1) В электростатическом ускорителе (ЭСУ) напряжение создаётся электростатич. генератором - генератором, основанным на переносе зарядов механич. транспортёром. Генератор с гибким транспортёром из диэлектрич. ленты наз. генератором Ван-де-Граафа (рис. 2). Электрич. заряды наносятся на поверхность движущегося транспортёра зарядным устройством, состоящим из системы игл и плоского электрода, между к-рыми создаётся коронный разряд. Затем заряды переносятся к высоковольтному электроду, где при помощи др. аналогичного устройства они снимаются, а вместо них на поверхность транспортёра наносятся заряды противоположного знака, снимаемые первым устройством. Существуют также генераторы с транспортёром в виде жёсткого диэлектрич. ротора (роторные электростатич. генераторы).
С 1960-х гг. в нек-рых ЭСУ используется цепной транспортёр с металлич. электродами, соединёнными между собой диэлектрич. звеньями (т. н. пеллетрон), преимущества к-рого - высокая стабильность зарядного тока, большой срок службы, высокий кпд. Наибольшее напряжение, полученное с помощью электростатич. генераторов, составляет ок. 20 Мв; проектируются установки на напряжение до 30 Мв.
2) В каскадном ускорителе источником напряжения служит каскадный генератор, преобразующий низкое переменное напряжение в высокое постоянное путём последоват. включения постоянных напряжений, получаемых в отд. каскадах схемы. Существует неск. схем каскадных генераторов, среди к-рых наиболее известен генератор Кокрофта- Уолтона с последоват. питанием каскадов (см. Каскадный генератор). В 60-х гг. получили распространение каскадные генераторы с параллельным питанием каскадов: динамитрон, генераторы с индуктивной связью каскадов с источником питания (рис. 3); их преимущество - равномерное распределение напряжения по каскадам, а недостаток - необходимость изоляции каскадов на полное рабочее напряжение установки. Совр. каскадные генераторы позволяют получать напряжение до 4 Мв при мощности установок в неск. десятков квт.
Крупнейшие ускорители на встречных пучках и их параметры
Установка
Тип встречных пучков
Энергия, Мэв
Средний радиус орбиты, м
Светимость, см2-2 * сек-1
Год запуска
ВЭПП-2 (СССР, Новосибирск)
е+е-
2X700
1,9
~1029
1966
ВЭПП-4 (СССР, Новосибирск)
е+е-
2X3500
12,0
~1030
заканчивается сооружение
SPEAR (США, Стан-форд)
е+е-
2X4500
37,2
6 *1030
1972
АСО (Франция, Орсе)
е+е-
2X540
3,5
1029
1966
ADONE (Италия, Фрас-кати)
е+е-
2X1500
16,4
6*1029
1969
ISR (ЦЕРН, Швейцария, Женева)
РР
2X31400
150
6,7*1030
1971
ISABELLE (США, Брук-хейвен)
РР РР
2Х200*103
428
1033 1029
проектируется
PEP (США, Станфорд)
е+е-
2Х15*103
350
1032
проектируется
SUPER ADONE (Италия, Фраскати)
е+е-
2Х12*103
136
1032
проектируется
3) В трансформаторных ускорителях генератором высокого напряжения является высоковольтный трансформатор, питаемый синусоидальным напряжением. Ускоряющая система таких ускорителей имеет устройство отсечки, обеспечивающее прохождение пучка ускоряемых частиц лишь в те моменты, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет нужную полярность и близко к максимуму. Этим достигается достаточно малый разброс энергии ускоряемых частиц. Высоковольтный трансформатор практически не имеет ограничений по мощности и является наиболее перспективным типом генератора для мощных и сверхмощных У. в. с энергией ускоренных частиц до 2-3 Мэв.
4) В импульсных ускорителях источником напряжения служат импульсные трансформаторы различных типов (напр., Тесла трансформатор), а также ёмкостные генераторы импульсного напряжения. В последних большое число конденсаторов заряжается параллельно от общего источника, затем при помощи разрядников осуществляется их переключение на последовательное , и на нагрузке возникает импульс напряжения с амплитудой до неск. Мв.
Линейные размеры У. в. определяются напряжением высоковольтного генератора и электрич. прочностью его изоляции и ускоряющей системы. Ввиду малой электрич. прочности воздуха при атм. давлении сооружение У. в. открытого типа с энергией св. 1 Мэв обычно нецелесообразно. Ускорители на большую энергию размещаются в герметичных сосудах, заполненных газом при давлении, в 5-15 раз превышающем атмосферное. Это значительно уменьшает размеры ускорителей и снижает стоимость их сооружения. Особенно эффективно применение электро-отрицат. газов (фреона и шестифтористой се |
