Движение заряженных частиц в кольцевых ускорителях

Циклотрон — это две полые камеры в виде полуцилиндров из проводящего неферромагнитного материала. Эти камеры находятся в сильном равномерном магнитном поле индукции , направленном сверху вниз (рис. 7). Камеры помещают в вакуумированный сосуд и присоединяют к источнику напряжения U_m cos(t). При t = 0, когда напряжение между камерами имеет максимальное значение, а потенциал левой камеры положителен по отношению к правой, в пространство между камерами вводят положительный заряд q. На него будет действовать сила . Заряд начнет двигаться слева направо и с начальной скоростью пойдет в правую камеру. Внутри камеры напряженность электрического поля равна нулю. Поэтому, пока он находится там, на него не действует сила , но действует сила , обусловленная магнитным полем. Под действием этой силы положительный заряд, двигающийся со скоростью v, начинает движение по окружности радиусом . Время, в течение которого он совершит пол-оборота, .

Рис. 8

Если частоту приложенного между камерами напряжения взять равной , то ко времени выхода из правой камеры заряд окажется под воздействием электрического поля, направленного справа налево. Под действием этого поля заряд увеличивает свою скорость и входит в левую камеру, где совершает следующий полуоборот, но уже большего радиуса, так как имеет большую скорость. После k полуоборотов заряженная частица приобретает такую скорость и энергию, какую она приобрела бы, если в постоянном электрическом поле пролетела между электродами, разность потенциалов между которыми k U_m. Вывод заряда из циклотрона осуществляется с помощью постоянного электрического поля, создаваемого между одной из камер (на рис. 7 правой) и вспомогательным электродом. С увеличением скорости она становится соизмеримой со скоростью света. Масса частицы во много раз увеличивается. Возрастает и время t₁ прохождения полуоборота. Поэтому одновременно с увеличением скорости частицы необходимо уменьшать либо частоту источника напряжения U_m cos(t) (фазотрон), либо величину индукции магнитного поля (синхротрон), либо частоту и индукцию (синхрофазотрон).

Дата добавления: 2014-01-11