Паскаральнік зараджаных часціц

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Від на паскаральны цэнтр Fermilab, ЗША. Тэватрон (кальцо на заднім плане) і кальцо-інжэктар

Паскара́льнікі зара́джаных часці́ц - устаноўкі для атрымання зараджаных часціц (электронаў, пратонаў, атамных ядраў, іонаў і інш.) высокіх энергій (больш за 1 МэВ) за кошт іх паскарэння ў электрычным полі.

У аснову работы паскаральніка закладзена ўзаемадзеянне зараджаных часціц з электрычным і магнітным палямі. Электрычнае поле здольна напрамую здзяйсняць работу над часціцай, гэта значыць павялічваць яе энергію. Магнітнае ж поле, ствараючы сілу Лорэнца, толькі адхіляе часціцу, не змяняючы яе энергіі, і задае арбіту, па якой рухаюцца часціцы.

Выкарыстоўваюцца для навуковых мэт (нараджэння новых часціц, атрымання штучных нуклідаў, вывучэння ядзерных рэакцый, для доследаў у радыебіялогіі, хіміі, фізіцы цвёрдага цела і інш.), а таксама ў металургіі (для дэфектаскапіі), дрэваапрацоўчай прамысловасці (для хуткай высакаякаснай апрацоўкі вырабаў), харчовай прамысловасці (для стэрылізацыі прадуктаў), медыцыне (для прамянёвай тэрапіі, «бяскроўнай хірургіі»[ru] і інш.).

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Штуршком да развіцця паскаральнікаў зараджаных часціц паслужылі даследаванні будовы атамнага ядра, якія патрабавалі патокаў зараджаных часціц высокай энергіі. Ужывальныя спачатку натуральныя крыніцы зараджаных часціц - радыеактыўныя элементы - былі абмежаваныя як па інтэнсіўнасці, так і па энергіі выпусканых часціц. З моманту ажыццяўлення першага штучнага ператварэння ядраў (1919г, Э. Рэзерфорд) з дапамогай патоку aльфа-часціц ад радыеактыўнага крыніцы пачаліся пошукі спосабаў атрымання пучкоў паскораных часціц.

У 1919—1932 гадах развіццё паскаральнікаў зараджаных часціц грунтавалася на атрыманні высокіх напружанняў і іх выкарыстанні для паскарэння зараджаных часціц. У 1931 годзе быў створаны электрастатычны генератар (гл. генератар Ван-дэ-Граафа), у 1932 — каскадны генератар, што дазволіла атрымліваць патокі паскораных часціц з энергіяй да 10 МэВ.

У 1931—1944 гадах былі распрацаваны рэзанансныя метады паскарэння часціц, пры якіх паскораныя часціцы шматразова праходзілі паскаральны прамежак і набіралі энергію пры адносна невялікім паскаральным напружанні (гл. цыклатрон). У 1940 пабудаваны цыклічны індукцыйны паскаральнік электронаў — бэтатрон[1].

У пачатку 50-х гг. быў прапанаваны прынцып знаказменнай факусоўкі часціц (амерыканскія навукоўцы Н. Крыстофілос , 1950 г.; Э. Курант, М. Лівінгстан, Х. Снайдэр, 1952), істотна павысіць тэхнічны мяжа дасягальных энергій ў цыклічных і лінейных паскаральніках зараджаных часціц. У 1956 Векслер апублікаваў працу, у якой была вылучана ідэя кагерэнтнага, або калектыўнага, метаду паскарэння часціц.

Сучасныя паскаральнікі[правіць | правіць зыходнік]

Сучасныя паскаральнікі, часам, з'яўляюцца велізарнымі дарагімі комплексамі, якія не можа дазволіць сабе нават буйная дзяржава.

Існуюць лінейны паскаральнік даўжынёй больш за 3 км, дзе электроны і пазітроны маюць энергію да 45 ГэВ (г. Станфард, ЗША); цыклічны паскаральнік з даўжынёй арбіты каля 27 км з энергіяй да 103 ГэВ (г. Жэнева, Швейцарыя); тэватрон паскарае пратоны і антыпратоны да энергіі 940 ГэВ (г. Батавія, ЗША).

Развіццё паскаральнікаў звязана з павелічэннем энергій паскораных часціц, нарошчваннем іх інтэнсіўнасці (сілы току ў пучку) і працягласці імпульсу паскоранага пучка. Распрацоўваюцца новыя і ўдасканальваюцца метады паскарэння, дзе выкарыстоўваюцца звышправодныя матэрыялы ў магнітах і паскаральных сістэмах, аўтаматычнае кіраванне, паскаральнікі з накапляльнымі кольцамі (гл. паскаральнік з сустрэчнымі пучкамі) і інш.

Класіфікацыя[правіць | правіць зыходнік]

Канструктыўна паскаральнікі можна прынцыпова падзяліць на дзве вялікія групы. Гэта лінейныя паскаральнікі, дзе пучок часціц аднакратна праходзіць паскаральныя прамежкі, і цыклічныя паскаральнікі, у якіх пучкі рухаюцца па замкнутых крывых (напрыклад, акружнасцях), праходзячы паскаральныя прамежкі па некалькі разоў.

Можна таксама класіфікаваць паскаральнікі па прызначэнні: калайдары, крыніцы нейтронаў, бустары, крыніцы сінхратроннага выпраменьвання, устаноўкі для тэрапіі раку, прамысловыя паскаральнікі.

Па механізме, які забяспечвае ўстойлівасць руху часціц у перпендыкулярных да арбіты кірунках (факусоўку), адрозніваюць паскаральнікі з аднастайнай факусоўкай, у які факусуюць сіла сталая ўздоўж траекторыі (прынамсі, па знаку), і паскаральнікі са знаказменнай факусоўкай, у які факусуюць сіла змяняе знак уздоўж траекторыі, т. ч. чаргуюцца ўчасткі факусоўкі і дэфакусоўкі. Ва ўжыванні да некаторых тыпах цыклічных паскаральнікаў (сынхроны і сінхрафазатрон) замест тэрмінаў «аднастайная» і «знаказменныя» факусоўка карыстаюцца тэрмінамі «слабая» і «моцная» ( «жорсткая») факусоўка.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

  • Паскаральнікі зараджаных часціц // Беларуская энцыклапедыя: У 18 т. Т. 12: Палікрат — Праметэй / Рэдкал.: Г. П. Пашкоў і інш. — Мн.: БелЭн, 2001. С. 163.
  • Комар Е.Г. Основы ускорительной техники. М., 1975.
  • Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей. 2 изд. М., 1991.
  • Ананьев Л.М., Воробьёв А.А., Горбунов В.И. Индукционный ускоритель электронов — бетатрон. Госатомиздат, 1961.
  • Коломенский Д.Д., Лебедев А.Н. Теория циклических ускорителей. М.: Физматгиз, 1962.
  • A. Chao, M. Tigner, Handbook of Accelerator Physics and Engineering, 1999.

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]

  1. Начала эфиродинамического естествознания. Кн. 2. Ацюковский В. А.