Электростатический генератор, Линейные ускорители

Отсутствие зарядов на внутренней поверхности полого проводника и их концентрация на внешней поверхности могут быть использованы для создания ускорителя заряженных частиц, так называемого электростатического генератора (генератора Ван-де-Граафа).

Простая электростатическая машина с помощью металлических кисточек 1 сообщает заряд бесконечной непроводящей ленте 2 (рис. 24).

рис. 24

Заряд переносится лентой к кисточкам 3, соединенным с большим металлическим шаром 4, находящимся на изо-лирующей колонне 5. Попадая на внутреннюю поверхность шара, заряд немедленно переходит на внешнюю, так что внутренняя поверхность все время остается незаряженной. Таким путем удается поднять потенциал шара до нескольких миллионов вольт. Поле у поверхности Е == q/(E)R^{2 не должно превышать напряженности пробоя диэлектрика, в котором находится шар (для воздуха ~30 000 в/см). Есть и другие технические причины, ограничивающие потенциал генератора, например разряды вдоль вакуумной ускорительной трубки (ем. ниже). Потенциал шара ф = q/(E)R = ER, так что при заданной напряженности потенциал тем больше, чем больше радиус шара (последний в реальных генераторах достигает нескольких метров). Пробивное напряжение можно значительно увеличить, помещая шар в жидкий диэлектрик, находящийся под давлением.}

^{От внешней поверхности шара идет вакуумная трубка, в которой движутся ускоряемые частицы. Второй электрод трубки соединяется с землей или с другим генератором, имеющим противоположный знак заряда. Преимущество электростатического генератора - в}

^{его простоте и стабильности работы. Однако по величине напряжения он не идет в сравнение с современными ускорителями. Большинство современных ускорителей заряженных частиц (электронов, ионов, атомных ядер)- циклические. Траектория частиц в этих ускорителях - спираль или окружность. Такая траектория достигается с помощью магнитного или вихревого электрического поля или обоих полей вместе. Линейные ускорители выгодно отличаются от циклических весьма малым излучением движущихся зарядов, простотой впуска и выпуска частиц.}

^{Современные линейные ускорители работают не от электростатического генератора, а от генератора переменного напряжения}

^{(резонансные линейные ускорители). Схема резонансного ускорителя приведена на рис. 25.}

^{рис. 25}

^{Внутри каждой трубки потенциал постоянен, соответственно этому постоянна и скорость частиц. Длины трубок увеличиваются так, чтобы время прохождения частицей каждой трубки (с учетом изменения массы со скоростью, т. е. эффектов теории относительности) равнялось половине периода генератора. Отрицательно заряженная частица должна подойти к зазору между трубками 2 и 3 в тот момент, когда потенциал трубки 3 положителен (а трубки 4 отрицателен). Тогда, проходя зазор 2-3, частица ускорится. За время движения частицы в трубке <3 потенциал трубки 4 должен изменить знак, для чего должна пройти половина периода, и т. д. При точном резонансе полная энергия частицы на выходе равна nu, где n -число ускоряющих трубок, u - напряжение генератора. Линейные резонансные ускорители строятся на энергии порядка 10^8-10^9 эв.}

Дата добавления: 2015-06-04