De fiecare dată când o particulă se deplasează într-un câmp magnetic de-a lungul circumferinței, zboară spre decalajul dintre dee, în timp cu configurația câmpului electric primește o "slap" accelerator. În cele din urmă, energia particulei crește, iar aceasta, care se mișcă mai repede și mai repede, se învârte de-a lungul unei curbe, cum ar fi o spirală nestingherită.
Desigur, câmpul electric din spațiu, în funcție de direcția sa, poate să accelereze sau să încetinească încărcarea. Evident, este necesar să se selecteze o frecvență a generatorului, astfel încât să se producă maximul de tensiune în intervalul dintre de-dumă de fiecare dată când particula a fost acolo. Dar cum rămâne cu mișcarea ulterioară a protonului, când începe să contureze semicercurile mari și mai mari? Va fi capabil să țină pasul cu schimbările ciclice ale câmpului electric în acest moment?
În ciclotron, două forțe acționează asupra particulei încărcate: o forță centrifugă care tinde să "arunce" particula din ciclotron și forța Lorentz, care determină particula să se deplaseze de-a lungul circumferinței. Dacă câmpul magnetic este constant pe toată regiunea de mișcare a particulei, atunci timpul de mișcare a particulei de-a lungul semicercului oricărei raze este constant.
Acesta este principalul motiv pentru simplitatea ciclotronului. Generatorul face o tensiune alternativă a unei frecvențe fixe, care la intervale constante de timp raportează particulele la impulsuri de accelerare. Este remarcabil faptul că metoda descrisă permite creșterea energiei inițiale a protonului la sute și chiar mii de ori (foarte mult la 20-25 MeV), deși tensiunea pe duane nu depășește mai mult de 10 sau sute de kilovoliți. Veți întreba de ce numai până la 25 MeV și nu la 1000 MeV sau chiar mai mare de energie? La urma urmei, puteți crește inducția câmpului magnetic sau puteți construi un ciclotron mai mare.
Dar nu este posibil să crească semnificativ câmpul magnetic în ciclotroni. Valoarea foarte accesibilă a inducției este limitată de saturația în piesele de fier și este de aproximativ 1,5-2 T. În ceea ce privește dimensiunile acceleratorului, sa calculat că doar un singur magnet ciclotron la 10000 MeV, cu B = 1,5 T, ar cântări mai mult de 1 milion.
Dar asta nu e tot. Chiar dacă construim un ciclotron mare, așteptând să primim energii mai înalte, se pare că particulele cu energia mai multor megaelectronvolți nu au timp să zboare până la golul accelerator. În orbitele exterioare, unde protonii ar trebui să obțină o energie gigantică, se mișcă din ce în ce mai încet și încet. În cele din urmă, aceasta conduce la o încălcare a sincronizării dintre funcționarea generatorului și circulația protonilor (dephasing); particulele cad din tact, iar procesul de accelerare încetează. De ce se întâmplă acest lucru? La urma urmei, dacă încărcarea particulelor nu a fost schimbată și câmpul magnetic nu sa schimbat, atunci timpul revoluției particulelor în orice orbită nu ar trebui să se schimbe.
De fapt, acest lucru nu este în întregime adevărat. Perioada T nu depinde de viteza particulei și de raza orbitei numai la viteze mici în comparație cu viteza luminii. Atunci când viteza unei particule abordează viteza luminii, fizicienii numesc astfel de particule relativiste, masa sa, în acord cu teoria relativității neîncetate, crește brusc. Dar o particulă cu o masă mai mare este mai puțin mobilă - începe să cadă și să cadă în câmpul de frânare. După cum puteți vedea, însăși principiul ciclotronului nu permite producerea de protoni cu energii mai mari de 20-25 MeV. Toate probele au fost accelerate într-un mod similar, particulele încărcate la energii înalte nu au reușit.
Modul de ieșire din această situație a fost găsit de fizicianul rus VI Veksler. El a reușit să elaboreze un astfel de grafic al mișcării unei particule, în care o mașină automată ia în considerare creșterea masei. Tu, desigur, ai văzut mingea care se rostogolea pe scări. Primul sare de la o etapă la alta, mai târziu viteza crește și el deja sare pe două trepte, mai târziu prin trei, patru, etc. Ceva similar, pe care Wexler la sugerat să-l facă în acceleratoare. Pe măsură ce viteza particulelor crește, fie modificați inducția câmpului magnetic sau frecvența generatorului. Respectând influența câmpului unei frecvențe în schimbare, particulele în sine ajung la golul accelerator tocmai în acest moment, când este necesar. Astfel, procesul de accelerare poate continua chiar și la energii foarte mari. Pe acest principiu (fizicienii au numit-o autofazarea), acțiunea multor acceleratori moderni se bazează. Dar asta nu mai este ciclotroni obișnuiți.
Distribuiți această poveste.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: