contact@moja-tula.ru
Регистрация

Циклотрон

16.11.2017, 17:50 65 Ремонт
0



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

Добавить комментарий

Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Нажимая кнопку «ДОБАВИТЬ», вы соглашаетесь с условиями обработки персональных данных.
 
Читайте также
  • » Поле для регби в Детском Черкизовском парке реконструируют

    Поле для регби расположено на востоке зеленой зоны. На нем играют ученики школы № 1525, воспитанники спортивных секций и клубов. Площадке уже более 10 лет, ограждения и трибуны находились в плохом состоянии...

  • » 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 …

  • » 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…

  • » 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…

  • » Неизвестные нарисовали гигантскую свастику в Германии

    На выкошенном кукурузном поле в Германии неизвестные нарисовали огромную свастику, а также аббревиатуру политической партии «Альтернатива для Германии». Об этом сообщает издание EADaily. Инцидент про…

  • » «Уралвагонзавод» раскрыл истинную мощь «Терминатора»

    Боевые машины поддержки танков (БМПТ) «Терминатор» заменят на поле боя шесть «обычных» боевых машин пехоты и 40 мотострелков, сообщил Janes источник из «Уралвагонзавода». «На поле боя БМПТ эквиваленте…

  • » 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…

  • » 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…

  • » 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 …

  • » 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…

  • » 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 …

  • » 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…

  • » 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…

  • » 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 …

  • » Торговый комплекс «Пассаж «Октябрьское поле» реконструирован

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

  • » 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…

  • » 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…

  • » Военные США будут брать 3D-принтер на поле боя, чтобы печатать дроны

    Американских морпехов специалисты научили печатать разные детали дронов из каталога и собирать их в единый аппарат. Как сообщают СМИ, американские ученые решили научить армию использовать гражданск…

  • » "Незаметно проскочить не удастся": сплошное радиолокационное поле гарантирует ответ РФ на любую агрессию

    С созданием сплошного радиолокационного поля Россия готова отразить любую форму агрессии и с любого направления. Теперь ни одному потенциальному противнику не удастся проскочить незаметно, отмечает во…

  • » 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…

  • » 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…

  • » Мужчина полгода перекапывал свое поле - его творения крайне необычные!

    Он осмелился реализовать свои мечты! Все знают, что у фантазии нет границ. А если фантазия прикреплена талантом, итог может очень сильно удивить. Стэн Херд художник и автор картин. Его работы крайне н…

  • » Поле и трибуны стадиона «Динамо» готовы

    Зачем строители «подвесили» футбольное поле Центрального стадиона «Динамо» на высоту 10 метров? Что будет под ним? Как выглядит динамовский трансформер и что это такое? Портал Стройкомплекса представл…

  • » Молодежная сборная Китая отказалась от участия в футбольном матче из-за флага Тибета на поле

    В ходе матча болельщики вывесили на трибунах флаг Тибета. Об этом стало известно из сообщения Deutsche Welle. Таким образом, от продолжения футбольной встречи с клубом «Шотт Майнц», выступающим в юг…

  • » Септики

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

  • » Первый тизер электрического пикапа Tesla представлен Маском

    Разработка пикапа Tesla находится на ранней стадии, поэтому дизайн еще может изменится. Основатель и бессменный руководитель компании Tesla Илан Маск показал первое тизерное изображение элек…

  • » 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…

  • » 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…

  • » На стадионе «Динамо» уложили газон

    На игровом поле стадиона «Динамо» постелили натуральный газон, специально выращенный в Волгограде, заявил руководитель проекта Андрей Перегудов. «Мы специально постелил…

  • » 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…

  • » Завершено строительство храма Сергия Радонежского на Ходынском поле

    Сегодня строительство этого сложного объекта подошло к концу, и 22 октября состоится его освящение. Прототипом храма Сергия Радонежского послужил собор Сан Марко в …


  • © «ИНФО онлайн», 2011 - 2020
    Закрыть