Каскадный генератор

Получение пучков частиц. Ускорители заряженных частиц.

Лекция 7. Получение пучков заряженных частиц и методы их регистрации. Средства эксперимента.

Каскадный генератор – ускоритель прямого действия, т.е. частицы в нем ускоряются непосредственно за счет прохождения высокой разности потенциалов. В каскадных генераторах высокое постоянное напряжение получают из низкого переменного напряжения c помощью умножителей напряжения, которые также называются каскадными генераторами.

Первый каскадный генератор (ускоритель) на энергию 700 кэВ - был создан в 1931 г. в Англии Дж. Кокрофтом и Э Уолтоном.

7.1.2. Первым ускорителем, получившим практическое применение в ядерной физике (начиная с 30-х годов) явился электростатический генератор Ван-де-Граафа (1901-1967). Принцип работы этого генератора состоит в следующем. Из внутренней области полого металлического шара, заряжаемого до очень высокого потенциала, выходит многосекционная ускорительная вакуумная трубка, в которой и происходит ускорение заряженных частиц. При работе генератора повышение напряжения на ускорительной трубке происходит за счет транспортировки заряда из внешней области внутрь полого шара (кондуктора). Достижимый верхний предел напряжения на трубке ограничен напряжением пробоя между кондуктором и окружающими предметами. Обычные генераторы Ван-де-Граафа позволяют получать энергию до 2-5 МэВ.

Простым приемом эффективное напряжение генератор Ван-де-Граафа удается повысить в два раза. Для этого используется принцип перезарядки, когда применяются две ускорительные трубки, расположенные одна на продолжении другой. Высоковольтный электрод (кондуктор) помещается между ними (см. рис. 7.1).

Ускоряющая система состоит из: источника ионов, верхней и нижней ускорительных трубок, перезарядной мишени внутри кондуктора, индукционного зарядного устройства и анализирующего (раздаточного) магнита.

Габаритные размеры котла:

диаметр 3 м

высота 11.5м

Диаметр кондуктора 1.Зм

Рисунок 7.1. Схематическое изображение ускорителя ЭГП-10

На верхнем конце первичной трубки располагается источник ионов, на нижнем конце второй трубки находится выпускное отверстие. Достоинство такой схемы состоит также в том, что источник находится под потенциалом земли, также как и выпускное отверстие. Из источника должны выходить отрицательные ионы, т.е. частицы, содержащие избыток электронов. Отрицательные ионы направляются к положительному высоковольтному электроду и ускоряются до определенного потенциала. В конце первого этапа ускорения они пронизывают углеродную фольгу, которая их «обдирает», т.е. лишает валентных электронов. После этого отрицательный ион превращается в положительный и продолжает движение в том же направлении под действием того же потенциала. Ускоритель, работающий по описанному выше принципу, называется перезарядным ускорителем или тандем-генератором. Усовершенствованный ускоритель Ван-де-Граафа позволяет получать энергию ускоренных однозарядных ионов водорода до 15-20 МэВ.

Ускорители этого типа являются надёжными «рабочими лошадками» при исследовании структуры атомных ядер, обеспечивая высокую монохроматичность пучка ±10 кэВ.