Бетатрон: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Отклонены последние 2 изменения (Vjkxfyjdf1976)
Нет описания правки
Строка 1: Строка 1:
[[Файл:Betatron 6MeV (1942).jpg|thumb|250px|Бетатрон на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в [[Бонн]]е.]]
[[Файл:Betatron 6MeV (1942).jpg|thumb|250px|Бетатрон на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в [[Бонн]]е.]]
'''Бетатро́н''' — циклический, но не резонансный [[Ускоритель заряженных частиц|ускоритель]] электронов с фиксированной равновесной орбитой, ускорение в котором происходит с помощью вихревого электрического поля. Предельно достижимая энергия в бетатроне: ≤ 300 МэВ.
'''Бетатро́н''' (''от'' ''[[Бета-частица|бета]]'' + [[электрон|<s>элек</s>трон]]) — циклический, но не резонансный [[Ускоритель заряженных частиц|ускоритель]] электронов с фиксированной равновесной орбитой, ускорение в котором происходит с помощью вихревого электрического поля. Предельно достижимая энергия в бетатроне: ≤ 300 МэВ.


== История ==
== История ==

Версия от 21:16, 10 сентября 2016

Бетатрон на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в Бонне.

Бетатро́н (от бета + электрон) — циклический, но не резонансный ускоритель электронов с фиксированной равновесной орбитой, ускорение в котором происходит с помощью вихревого электрического поля. Предельно достижимая энергия в бетатроне: ≤ 300 МэВ.

История

Впервые бетатрон был разработан и создан Видероэ в 1928 году, однако он не заработал. Первый надёжно функционирующий бетатрон был создан Д.В. Керстом лишь в 19401941 гг. в США, университет Иллинойса[1]. Именно в бетатроне Керстом впервые были подробно изучены квазипериодические поперечные колебания, которые совершает частица вокруг равновесной орбиты, теперь называемые бетатронные колебания. Максимальная энергия, которую удалось достичь в бетатроне, не превышает 300 МэВ. С развитием технологии линейного ускорения бетатроны, которые раньше часто применяли для первичного ускорения интенсивного электронного пучка, были сильно потеснены линаками (линейными ускорителями, от англ. linear accelerator), и в настоящее время используются редко.

Принцип работы

В бетатроне используется быстро нарастающее магнитное поле, которое выполняет 3 функции: направляет пучок по нужной траектории, создаёт ускоряющее вихревое электрическое поле и обеспечивает слабую фокусировку. Классический бетатрон является слабофокусирующей машиной. Пучок циркулирует в тороидальной вакуумной камере, изготовленной из керамики (чтобы скин-эффект не мешал проникновению магнитного поля внутрь камеры), покрытой изнутри тонкой проводящей плёнкой, позволяющей избежать накопления электрического заряда. Из выражения для силы Лоренца можно получить связь между импульсом частицы p, магнитным полем B на орбите пучка и радиусом кривизны ρ: , где с — скорость света, e — заряд электрона. Величину называют магнитной жёсткостью частиц. При изменении магнитного поля можем записать, используя уравнение Максвелла для связи электрического и магнитного полей, выражение для электромагнитной индукции и закон Ньютона: , откуда следует связь между ведущим полем на орбите пучка и потоком, охватываемым орбитой: , так называемый «Закон 2:1». Поток, пронизывающий орбиту пучка, должен быть вдвое больше, чем если бы он создавался однородным магнитным полем, равным по величине ведущему. В противном случае, орбита в процессе ускорения не оставалась бы постоянной. Для выполнения упомянутого требования в бетатроне создаётся специальный железный сердечник.

Ограничения

Поскольку создаваемое сердечником поле ограничено по величине из-за насыщения железа, единственный способ повышать энергию — увеличивать площадь сечения сердечника, а значит и размер бетатрона и, соответственно, его массу. Так, 300-мэвный бетатрон в Иллинойсе весил более 300 тонн. Ещё более серьёзное ограничение связано с потерями энергии частиц на синхротронное излучение, которые становятся значительными уже начиная с энергии ~100 МэВ. В принципе, в бетатроне можно ускорять и протоны, так, приобретенная энергия будет равна произведению пройденной разности потенциалов на заряд, но из-за большой массы протона его скорость будет в сотни раз меньше. Так как прирост энергии частицы в бетатроне зависит только от количества оборотов (единицы кэВ на период), для разгона протона потребуется очень большое время. Кроме того, для удержания протонов на равновесной орбите (βW = 300B(r,t)R , где W[МэВ],B[Тл],R[м] ) требуются более сильные магнитные поля. Поэтому бетатрон применяется для ускорения электронов.

Примечания

Ссылки