Головна

Прискорювачі заряджених частинок

  1. D) процес поділу однорідних сипучих матеріалів на фракції (класи) за розмірами складових їх частинок
  2. Атом - найменша частинка хімічного елемента, носій його властивостей. Атом складається: - з позитивно зарядженого ядра; і - з негативно заряджених електронів.
  3. Атомне ядро ??і елементарні частинки. (1 година, Оглядова лекція, плюс самостійне опрацювання.)
  4. У справжніх розчинах не відбувається розсіювання світла. Частинки в грубодисперсних системах відбивають світло, їх величину і форму часто можна встановити без оптичного збільшення.
  5. Вплив тел (або часток) на рух один одного називають взаємодією.
  6. Хвильові властивості частинок

Прискорювачами заряджених частинок - спеціальних установки, в яких заряджених частинок (електронів, протонів, атомних ядер і іонів) повідомляється величезна енергія за рахунок енергії електромагнітного поля.

Прискорювачі діляться на: 1) прямої дії, в яких частинки одноразово проходять прискорює їх поле, 2) індукційні, в яких використовується явище електромагнітної індукції, і 3) резонансні, які в свою чергу поділяються на лінійні і циклічні.

Розглянемо фізичні принципи пристрою деяких прискорювачів.

1. Електростатичний прискорювач прямої дії Ван-де-Грааф. Принцип його роботи полягає в наступному. Якщо безперервно підводити заряд до внутрішньої поверхні металевої сфери, то можна збільшити заряд на сфері, а значить, і потенціал її до значної величини. Генератор Ван-де-Грааф складається з двох порожнистих кульок діаметром понад 5 м, змонтованих на пустотілих ізолюючих колонах. Усередині міститься нескінченна матерчатий стрічка, яка служить транспортером зарядів. Внизу поверхню стрічки заряджається, і заряд механічно переноситься стрічкою всередину сфери, де він за допомогою спеціального пристосування передається на внутрішню, а звідти переходить повністю на зовнішню поверхню сфери. Накопичуються заряди створюють між кулями напруга в кілька мільйонів вольт, яке і прикладається до прискорює трубці. Енергія, отримана часткою, очевидно, дорівнює добутку її заряду на різницю потенціалів початку і кінця траєкторії Е = q-U.

До недоліків генераторів такого типу відноситься їх громіздкість. Енергія частинок в цих генераторах досягає 5 МеВ. В даний час ці прискорювачі застосовуються рідко.

2. Індукційний прискорювач - бетатрон. Він служить для прискорення тільки електронів і заснований на явищі електромагнітної індукції. Прискорює електричне поле тут створюється змінним магнітним полем. За своєю будовою бетатрон нагадує трансформатор з одним витком у вторинній обмотці. Цим витком служить електронний пучок у вакуумній трубці. Коли магнітне поле починає зростати, в трубку вводяться електрони (наприклад, з розпеченого металу). Утворюється електричне поле підхоплює електрони і розганяє їх, обертаючи в кільцевої трубці. За один оборот електрон набуває енергію в кілька десятків електрон-вольт. Прискорення електронів припиняється при досягненні полем максимального значення, що відбувається за одну чверть періоду. За цей час електрони встигають зробити величезну кількість оборотів, проходячи в цілому шлях в 300-400 км і досягаючи енергії порядку 30- 50 МеВ. Бетатрон використовуються, зокрема для збудження рентгенівських променів.

За. Лінійні резонансні прискорювачі. Принцип роботи полягає в наступному: електричне поле створюється генератором тільки в просторі між прогоновими трубками, всередині ж металевих трубок поле відсутнє. Довжину і розташування трубок підбирають так, щоб частка в ті проміжки часу, коли поле направлено у напрямку її руху, перебувала між трубками; коли ж напрямку поля і швидкості частки протилежні, частка виявляється всередині трубки. У кожному проміжку частка набуває енергію eU, при n зазорах частка отримає енергію n · e · U. Таким чином, при порівняно невеликій різниці потенціалів U можна отримати частинки з великою енергією.

Відстань між сусідніми прискорюють проміжками, тобто довжина трубок, дорівнює відстані, яку проходить часткою за напівперіод генератора l = ??Т, а так як швидкість частинки зростає пропорційно кореню квадратному з енергії, то довжини трубок ростуть пропорційно ряду коренів квадратних з цілих чисел: l1: l2: l3: ... = 1: v2: v3: ...

Для здійснення прискорення частинок рух їх. має відбуватися в резонансі зі зміною напрямку електричного поля. Для прискорення важких частинок частоти генераторів відносно невеликі - від 50 до 200 МГц; для прискорення ж електронів, що досягають вже при малих енергіях швидкостей, близьких до швидкості світла, частоти повинні бути дуже великі - близько 3000 МГц ..

3б. Циклічні резонансні прискорювачі. У цих прискорювачах частинка, обертаючись в магнітному полі, багаторазово проходить один і той же прискорює проміжок.

Циклотрон складається з електромагніту з плоскими полюсами і однорідним полем, генератора високої частоти і камери для розгону протонів і іонів, що складається з двох плоских полуцилиндров - дуантов. До дуантов підводиться змінна напруга від 50 до 75 кВ з постійною частотою. Заряджена частинка, перебуваючи в однорідному магнітному полі, рухається по колу, радіус якої дорівнює R = m? / eB. Час одного обороту частки не залежить від її швидкості: Т = 2?R / ? = 2?m / eB.

(Fл= Be? Fц= m?2/ R > R = m?2/ F = m?2/ Be? = m? / eB)

Кожен раз, коли частка проходить щілина (прискорює проміжок)

між дуантами, вона прискорюється електричним полем і, збільшуючи швидкість, рухається по спіралі. Коли частка знову підходить до щілини (що відбувається через кожні півоберта), напруга на дуантах змінює знак, і частка знову отримує прискорює імпульс.

Для резонансного прискорення необхідно, щоб час між двома наступними проходженнями частки через один і той же прискорює проміжок дорівнювало б (або було кратним) періоду зміни прискорює поля, тобто періоду генератора. У циклотроні прискорюють протони, ?-частинки і іони легких елементів до енергії 10-20 мільйонів еВ (МеВ).

Так як період обертання частинки залежить від її маси, то при дуже великих швидкостях, коли маса частинки, відповідно до теорії відносності, починає помітно збільшуватися, її період починає рости і вона випадає із синхронізму, внаслідок чого припиняється зростання її швидкості. Це створює межа для енергії частинок, прискорених в циклотронах.

В інших циклічних резонансних прискорювачах - ФАЗОТРОН, синхротроні і синхрофазотроні - Застосовуються пристрої, що дозволяють змінювати частоту змінного електричного поля між дуантами або напруженість магнітного поля (або те й інше разом) таким чином, щоб прискорюється частка не випадала із синхронізму і продовжувала прискорюватися.

У ФАЗОТРОН, інакше званому сінхроціклотроном, Для збереження резонансу частота прискорювального електричного поля змінюється відповідно до зміни маси частинок, а магнітне поле залишається незмінним.

В синхротроні період прискорює поля залишається постійним, а магнітне поле змінюється. Він застосовується для прискорення електронів і в ньому використовується орбіта постійного радіуса; тому магніт робиться кільцеподібним - для створення магнітного поля всередині тороидальной вакуумної камери, що охоплює орбіти електронів. Спочатку електрони розганяються в ньому, так само як і в бетатроні, вихровим електричним полем; після досягнення енергії 2 3 МеВ включається високочастотне прискорює електричне поле постійної частоти і починається прискорення в режимі синхротрона.

При енергіях електронів 2-3 МеВ швидкість їх близька до швидкості світла і залишається надалі практично постійною. У синхротронах застосовується змінне магнітне поле, для збереження постійного радіуса орбіти (R = m? / eB, з ростом кількості руху m? треба збільшувати індукцію поля В). Частота ж прискорює електричного поля залишається постійної, так як швидкість електрона, а значить, і його період обертання на орбіті не змінюється з ростом енергії.

синхрофазотрон (Інші назви - протонний синхротрон, кос-Мотрона, Беватрон) - в ньому рух частинок відбувається як в змінному магнітному, так і в змінному електричному полі.

У цьому прискорювачі, як і в синхротроні, використовується орбіта постійного радіусу і застосовується тороїдальна вакуумна камера, що охоплює орбіту частки, в якій створюється магнітне поле кільцеподібних магнітом. Для збереження сталості R при зростанні кількості руху матеріальної точки m? (R = m? / eB) необхідно плавно збільшувати В. Однак на відміну від електронів, для яких швидкість близька до швидкості світла вже при енергіях 2-3 МеВ, для протонів швидкість стає постійною при значно високих енергіях. В силу цього швидкість і частота звернення протонів і інших важких частинок зростають в процесі прискорення, і тому частки повинні випасти з резонансу. Для попередження цього в синхрофазотронах частота прискорювального електричного поля береться змінної.

Останнім часом для вивчення процесів зіткнення частинок високих енергій став застосовуватися «метод зустрічних пучків». Важливою перевагою цього методу є його економічність; розганяючи заряджені частинки (направляютьсяпотім назустріч один одному) до порівняно невеликих енергій, можна отримати ефект зіткнення, відповідний значно більшої енергії частинок, що бомбардують нерухомі мішені.

Способи спостереження швидких заряджених частинок | Тест рубіжного контролю №3


Тест рубіжного контролю №1 | Правила квантування і квантові числа. | Корпускулярно-хвильові властивості частинок | Принцип невизначеності. Межі застосування класичної механіки | Основне рівняння квантової механіки - рівняння Шредінгера | Фізичний сенс хвильової функції | Атом водню по квантово - механічної теорії | Тест рубіжного контролю №2 | Види радіоактивних випромінювань | Властивості радіоактивних випромінювань |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати