Ускорители заряженных

Кроме масс-спектрометров, в ядерной физике широко используются ускорители заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов и т.д.), в которых частицы приобретают кинетическую энергию в несколько миллионов электронвольт (МэВ). Простейший ускоритель, который называется циклотроном, приведен на рис. 13.18.

Рис. 13.18

Ускоритель состоит из двух половинок (дуантов). Магнитное поле перпендикулярно плоскости чертежа и направлено на нас. Между дуантами имеется узкая щель. Дуанты с помощью электродов подключены к электрогенератору, создающему в щели переменное электрическое поле.

Если заряженную частицу ввести в центр зазора между дуантами, то она, ускоряемая электрическим и отклоняемая магнитным полями, войдя в дуант 1, опишет полуокружность, радиус которой пропорционален скорости частицы. К моменту ее выхода из дуанта 1 полярность напряжения изменяется (при соответствующем подборе изменения напряжения между дуантами), поэтому частица вновь ускоряется и, переходя в дуант 2, описывает там уже полуокружность большего радиуса и т. д.

Для непрерывного ускорения частицы в циклотроне необходимо выполнить условие синхронизма - периоды вращения частицы в магнитном поле и колебаний электрического поля должны быть равны, т.е. частота электрогенератора совпадает с частотой вращения частиц по окружности. При этом два раза за период, когда частица пролетает щель, она ускоряется за счет энергии электрического поля. В результате частица движется по спирали, многократно ускоряясь в щелях. На последнем витке, когда энергия частиц и радиус орбиты доведены до максимально допустимых значений, пучок частиц посредством отклоняющего электрического поля выводится из циклотрона.

На выходе циклотрона частица приобретает огромную кинетическую энергию. Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергий примерно 20 МэВ.

Задание

1. Прочтите и проанализируйте текст.

2. Сформулируйте, куда направлена сила Лоренца.

3. Сделайте схематические рисунки из текста, иллюстрирующие основные мысли.

4. Дайте определение ускорителям заряженных частиц.

.

Дополнительная литература.

§ Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд. — Москва: Наука, 1985. — С. 43-44. — 260 с.

§ Матвеев А. Н. Механика и теория относительности. — 3-е изд. — М. Высшая школа 1976. — С. 132.