contact@moja-tula.ru
Регистрация

Циклотрон

16.11.2017, 17:50 0 Ремонт



Первый циклический ускоритель — циклотрон был разработан и создан американским физиком Лоуренсом в 1931 г. Схематически принцип действия этого устройства таков. Посреди зазора между полюсами магнита, создающего постоянное магнитное поле, находится откачанная до высокого вакуума плоская коробка, в которой ускоряются частицы. Это камера циклотрона. В ней находится источник заряженных частиц, например протонов массой пг и зарядом q. Камера состоит из двух полых металлических половинок электродов, называемых из-за их D-образной формы дуантами. К этим электродам (дуантам) приложено переменное напряжение, которое меняет направление всякий раз, когда частицы делают пол-оборота. Благодаря этому электрическое поле в зазоре между дуантами всегда направлено так, что ускоряет частицы.

Каждый раз, когда частица, движущаяся в магнитном поле по окружности, подлетает к зазору между дуантами, она в такт с изменением электрического поля получает ускоряющий «шлепок». В результате энергия частицы увеличивается, и она, двигаясь все быстрее и быстрее, вращается по кривой типа раскручивающейся спирали.

Разумеется, электрическое поле в зазоре в зависимости от его направления может либо ускорять, либо тормозить заряды. Очевидно, нужно подобрать такую частоту генератора, чтобы максимум напряжения в промежутке между дуантами приходился всякий раз на момент нахождения там частицы. Но как быть тогда с последующим движением протона, когда он начнет описывать все большие и большие полуокружности? Будет ли он успевать теперь за периодическими изменениями электрического поля?

В циклотроне на заряженную частицу действуют две силы: центробежная, которая стремится «выбросить» частицу из циклотрона, и сила Лоренца, которая заставляет частицу двигаться по окружности. Если магнитное поле постоянное по всей области движения частицы, то и время движения частицы по полуокружности любого радиуса постоянно.

В этом основная причина простоты работы циклотрона. Генератор создает переменное напряжение фиксированной частоты, которое в регулярные промежутки времени сообщает частицам ускоряющие импульсы. Замечательно, что описанный способ позволяет повысить первоначальную энергию протона в сотни и даже тысячи раз (максимально до 20—25 МэВ), хотя напряжение на дуантах не превосходит нескольких десятков или сотен киловольт. Вы спросите, почему только до 25 МэВ, а не до 1000 МэВ или еще более высокой энергии? Ведь можно увеличить индукцию магнитного поля или построить более крупный циклотрон.

Однако значительно повысить магнитное поле в циклотронах не удается. Максимально...


...достижимое значение индукции лимитируется насыщением в железных полюсных наконечниках и составляет примерно 1,5—2 Тл. Что же касается габаритов ускорителя, то подсчитали, что один только магнит циклотрона на 10000 МэВ, при В = 1,5 Тл, весил бы более 1 млн.

Но это еще не все. Если даже построить крупный циклотрон, ожидая получить более высокие энергии, то окажется, что частицы энергией в несколько мегаэлектронвольт не успевают вовремя подлетать к ускоряющему промежутку. На внешних орбитах, где протоны должны были бы приобрести большую энергию, они движутся все медленнее и медленнее. В конце концов это приводит к нарушению синхронности между работой генератора и циркуляцией протонов (расфазировке); частицы выпадают из такта, и процесс ускорения прекращается. Почему же это происходит? Ведь если заряд частицы не изменился и не изменилось магнитное поле, то и время оборота частицы по любой орбите не должно меняться.

На самом деле это не совсем так. Период Т не зависит от скорости частицы и радиуса орбиты только при скоростях, малых по сравнению со скоростью света. Когда же скорость частицы приближается к скорости света — физики называют такие частицы релятивистскими, масса ее в соответствии с неумолимой теорией относительности резко возрастает. Но частица большей массы менее подвижна — она начинает отставать и попадает в тормозящее поле. Как видите, сам принцип работы циклотрона не позволяет получать протоны энергией более 20—25 МэВ. Все попытки ускорить подобным способом заряженные частицы до больших энергий оказались безуспешными.

Выход из создавшегося положения был найден советским физиком В. И. Векслером. Он сумел составить такой график движения частицы, в котором автоматически учитывается возрастание их массы. Вы, конечно, видели, как катится по лестнице мяч. Он вначале прыгает с одной ступеньки на другую, потом скорость его увеличивается, и он уже перепрыгивает через две ступеньки, потом через три, четыре и т. д. Нечто подобное Векслер предложил делать и в ускорителях. По мере роста скорости частиц изменять или индукцию магнитного поля или частоту генератора. Повинуясь влиянию поля изменяющейся частоты, частицы сами по себе приходят к ускоряющему промежутку как раз в тот момент, когда это необходимо. Таким образом, процесс ускорения может продолжаться и при очень высоких энергиях. На этом принципе (физики назвали его автофазировкой) основано действие многих современных ускорителей. Но это уже не обычные циклотроны.

Циклотрон
Контакты:
Адрес:
Воеводина, стр. 152-д
119301
Москва,
Телефон:+7 269-815-31-24,
Электронная почта: contact@moja-tula.ru рекомендательный портал

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

 
Читайте также
  • » Физики из CERN открыли новые элементарные частицы

    «Совершенно секретно»: Сотрудники Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) сумели найти две новые элементарные частицы и признаки присутствия третьей, сообщается на сайте CERN. Фи…

  • » Физики из Колорадо выяснили природу возникновения вредоносных космических лучей

    Речь идет об угрозе частиц для спутников, космических кораблей и астронавтов на их борту. Электроны высоких энергий появляются в радиационных поясах Земли из-за космических лучей, возникающих из-за вз…

  • » Для чего нужно заземление в электропроводке в доме?

    Что такое заземление и почему оно должно присутствовать в вашем доме Даже те, кто прогуливал физику в школе, наверняка хотя бы раз слышали термин «заземление». Чтобы понять его суть, не обязательн…

  • » Для чего нужно заземление в электропроводке в доме?

    Что такое заземление и почему оно должно присутствовать в вашем доме Даже те, кто прогуливал физику в школе, наверняка хотя бы раз слышали термин «заземление». Чтобы понять его суть, не обязательн…

  • » Ученые создали самый мощный электромагнит

    Ученые из Университета Флориды достигли максимальной мощности магнита. Новый композит стать на треть сильнее прошлого рекордсмена и в несколько тысяч раз сильнее простого магнита. Композитный электро…

  • » Томские ученые взялись за создание левитационного 3D-принтера

    Ученые из Томского государственного университета приступили к разработке технологии 3D-печати на основе контролируемой левитации. Специалисты создали безэховую камеру, которая покрывается поглотителя…

  • » Загадки Вселенной: почему что-либо вообще существует?

    Люди пытались ответить на вопрос, почему вселенная существует в течение тысяч лет. Но у науки до сих пор не было даже приблизительного ответа. Однако в последние годы физики и космологи начали активно…

  • » Септики

    Септик является значимым элементом локальной очистительной системы, которая устанавливается для очистки сточных бытовых и хозяйственных вод. Установка современных очистительных сооружений позволяет по…

  • » Тайны космоса: жизнь у "мертвых" звезд

    Неожиданные новости о "мертвых" звездах... Жизнь может существовать на поверхности планет, вращающихся вокруг пульсаров, если их атмосфера обладает достаточной густотой для того, чтобы превращать …

  • » "Поле битвы - Кишинев": в Молдавии продолжается борьба между Додоном и парламентом

    Президент Молдавии проголосовал на референдуме по отставке мэра Кишинева Дорина Киртоакэ, о чем заявил на выходе с участка для голосования. Глава государства назвал "маленькой победой" сам факт прове…

  • » Новая разработка: Россия выводит квантовый компьютер на мировой уровень

    Квантовый компьютер становится всё ближе к реальности. По расчётам специалистов, это устройство будет работать на порядки быстрее обычных электронных компьютеров. Однако на пути реализации идеи нужно …

  • » Американский военный вертолет совершил экстренную посадку в Японии

    В Японии произошло ЧП с американским военным вертолетом. Он экстренно сел на острове Икэи близ Окинавы. Вертолет приземлился в поле, по предварительным данным, никто не пострадал, сообщает РИА Ново…

  • » У следующих флагманов Samsung Galaxy S 9 будет профессиональная камера с антибликовым покрытием

    Мы видели, что Samsung уже имеет амбициозные планы на 2018 год с замечательной фальсификацией Galaxy X и интригующими предложениями нового Galaxy S9. Говорят, что эта более мелкая модель обладает все…

  • » Стали известны характеристики новой экшн-камеры HERO от GoPro

    Новая экшн-камера GoPro Hero продается за 200 долларов. Стоит отметить, что в девайсе имеется опция Auto Low Light, с помощью которой пользователь может настроить камеру на более затемненные участки …

  • » Новый BMW вскрыли и угнали за несколько секунд. Видео

    В северном районе Лондона двое злоумышленников угнали автомобиль BMW за 65 тысяч долларов всего за несколько секунд. Действия угонщиков запечатлела камера наблюдения. Об этом сообщает издание Da…

  • » Халатность погранслужбы США может привести к созданию «грязной бомбы»

    В американских аэропортах плохо проверяют подлинность лицензий на ввозимые радиоактивные материалы. Эксперты Счетной палаты США выяснили, что с 1 января 2015 года по 30 сентября 2016 года сотрудники …

  • » Samsung презентовала смартфон-раскладушку W2018

    Samsung представила смартфон-раскладушку W2018, предположительно, она дороже нового гаджета от Apple iPhone X. У смартфона два дисплея с заявленным разрешением Full HD. Основная камера 12 мегапиксе…

  • » СМИ рассказали о том, как завести автомобиль при разряженном аккумуляторе

    Специалисты рассказали о том, как завести машину при разряженном аккумуляторе. В результате опроса выяснилось, что данная проблема актуальна среди водителей. Таким образом, эксперты советуют использ…

  • » Открываем замок с помощью магнита

    Потерять ключ от надежного замка может каждый. Проблема неприятная, но решить ее можно. Опытный мастер показал на практике, как открыть замок с помощью обычного магнита. Потребуется несколько мощных магнитов...

  • » Школу «Самбо-70» в Коммунарке построят к сентябрю 2020 года

    «Документы находятся на экспертизе, как только она завершится, начнем строить. Есть желание закончить работы 1 сентября 2020 года. В 2020 году мы заканчиваем здесь строительство жилья и хотим к этому …

  • » Полезные и вредные продукты для здоровья зубов

    Со стоматологическими проблемами сталкиваются даже те, кто не забывает чистить зубы. Дантисты уверены, что для поддержания зубов в порядке мало следить за гигиеной полости рта, необходимо выбирать пра…

  • » Раллийную Шкоду за $200 тысяч нашли разобранной посреди поля

    В Греции, как говорят, есть все. Даже ничейная раллийная Skoda Fabia. Точнее то, что от нее осталось. Кузов Шкода Фабия обнаружили прямо посреди поля. Автомобиль разобран, хотя расширители к…

  • » Как боролись со сборочной "болезнью" БМПТ "Терминатор". УВЗ рассказал

    В Центре исследований и испытаний материалов (ЦИИМ) Уралвагонзавода сообщают о ранее выявленной проблеме с крупногабаритными деталями БМПТ «Терминатор». Речь идёт о том, что возникали проблемы при вып…

  • » Торговый комплекс «Пассаж «Октябрьское поле» реконструирован

    ​Завершена реконструкция торгового комплекса «Пассаж «Октябрьское поле» на северо-западе столицы, сообщил председатель Мосгосстройнадзора Олег Антосенко. Здание находит…

  • » Темная материя — «инопланетяне» для астрофизиков?

    При всем нашем понимании законов физики и успехах Стандартной модели и общей теории относительности, во Вселенной есть ряд наблюдаемых явлений, которые не получается объяснить. Вселенная полна загадок…

  • » Mercedes-AMG построил велосипед из карбона

    Подразделение немецкого производителя, отвечающее за постройку «заряженных» моделей и спорткаров, решило слегка изменить направление, построив транспортное средство с двумя колесами. Ком…

  • » На автосалоне в Лос-Анджелесе представили уникальный Ford Expedition с холодильником

    На автосалоне в Лос-Анджелесе продемонстрировали уникальный кроссовер Ford Expedition от LGE-CTS Motorsports. Автомобиль был создан благодаря слаженной работе LGE-CTS Motorsports, он является шоу-к…

  • » Загадки Чёрных дыр

    В бескрайнем космическом пространстве находится огромное количество объектов, и жизнь многих из них подчиняется своим собственным законам, которые не всегда понятны нам, жителям Земли. Наприм…

  • » Назначение сифона и его разновидности

    Под строительством дома принято понимать не только возведение стен, кровли, перегородок, но и прокладка систем водоснабжения и канализации. Один из составляющих канализации – сифон. Он является одним…

  • » 7 простых пищевых привычек, которые помогут избежать кариеса и зубной боли

    Посмотрим, что тут у Вас... Со стоматологическими проблемами сталкиваются даже те, кто не забывает чистить зубы. Дантисты уверены, что для поддержания зубов в порядке мало следить за гигиеной полос…

  • » Пять теорий, возможных в путешествии во времени

    Много уже было написано о том, как теоретически, космический аппарат может быстрее скорости света попасть из одного пространства в другое. Это значит, что корабль прибудет в нужную точку, быстрее, че…

  • » СМИ протестировали флагман Xperia XZ Premium от Sony

    Выпуск модели Xperia XZ Premium от компании Sony состоялся в начале 2017 года, однако благодаря мощности процессора, экрану и камере смартфон не потерял свою актуальность. Таким образом, среди главны…

  • » Apple анонсировала выход iPhone X с поддержкой 5G

    Корпорация Apple анонсировала выход обновленного смартфона iPhone X. Предполагается, что устройство сможет поддерживать 5G. Прочие функции флагмана, в том числе двойная камера, сканер лица, безрамочн…

  • » Как максимально обезопасить себя и свой дом от чужого проникновения

    Установка камер видеонаблюдения для дома и дачи Безопасность каждого дома полностью зависит от хозяина и от того, как осуществляется его защита. При такой массовости современных новинок на рынке, люб…

  • » Северная Корея надеется на обмен с РФ делегациями высокого уровня

    КНДР надеется на активизацию взаимных с РФ визитов делегаций высокого уровня уже в этом году. Об этом заявил во вторник посол КНДР в Москве Ким Хён Чжун на приеме по случаю 106-й годовщины со дня ро…

  • » На фан-зону ЧМ-2018 в Ростове потратят 449 млн рублей

    В Ростове-на-Дону продолжается подготовка к проведению игр Чемпионата мира по футболу 2018 года. На обустройство фан-зоны для болельщиков Чемпионата мира по футболу 2018 года в Ростове-на-Дону буд…

  • » Не всегда стоит выбрасывать уже старую мебель - подойдем к этому делу творчески!

    Конечно, избавляться от старого хлама — затея хорошая, ведь с точки зрения энергетики и восточных учений фен-шуй этими действиями мы освобождаем место всему новому. Но не всегда стоит выбрасывать у…

  • » Ученые установили, что люди едят очень много пластмассы

    Во время каждого приема пищи люди, сами того не зная, поглощают большое количество пластмассы. К такому выводу пришли ученые шотландского университета Хериот-Ватта. Специалисты провели исследование…

  • » 10 заблуждений, которые раздражают физиков

    Физика наполнена множеством неверно истолкованных явлений и мифов: некоторым из них даже удавалось порождать панику в особо крупных масштабах. Развенчиваем десять распространенных мифов, которые бесят…

  • » Бермудский треугольник с научной точки зрения

    Легенды о пропадающих в районе Бермудского треугольника кораблях ходят давно. Кто-то считает, что вмешались инопланетяне, другие — что корабли похищают жители Атлантиды, третьи утверждают, что все де…


  • © «ИНФО онлайн», 2011 - 2019
    Закрыть