фазотрон что это такое

Источник

ФАЗОТРОН

— резонансный циклич. ускоритель тяжёлых частиц (протонов, ионов), работающий при постоянном во времени азимутально однородном (или почти однородном) магн. поле и периодически изменяющемся по частоте высокочастотном ускоряющем напряжении.

При движении без ускорения частицы описывают в камере круговые траектории, радиус к-рых определяется из (2). При движении с ускорением радиус окружности с увеличением импульса частиц растёт, так что траектории приобретают вид раскручивающихся спиралей. Частота обращения частиц с увеличением падает, соответственно должна уменьшаться частота ускоряющего напряжения. (Вторая причина уменьшения частоты заключается в том, что устойчивое вертикальное движение частиц при ускорении возможно только в магн. поле, индукция к-рого уменьшается с радиусом.) Рабочий режим Ф. носит поэтому циклич. характер: частота ускоряющего напряжения на рабочей части цикла падает в соответствии с энергией частиц, а затем возвращается к своему нач. значению. После этого начинается следующий цикл ускорения.

Практический предел на энергию, достижимую при помощи Ф., накладывает вес магн. системы и энергопотребление ускорителя. Для ускорения частиц до самых больших энергий применяют ускорители, в к-рых магн. поле создаётся не по всей площади круга, а на узкой кольцевой дорожке, в пределах к-рой происходит движение ускоряемых частиц. Как ясно из (2), при растущем импульсе частиц и пост. радиусе траектории в течение ускорит. цикла должна изменяться индукция магн. поля. Такие ускорители называют с и н х р о ф а з о т р о н а м и или синхротронами протонным.

Как уже говорилось, Ф. уступают место изохронным циклотронам, в к-рых частота ускоряющего поля постоянна, а с энергией частиц (с радиусом) возрастает усреднённое по азимуту значение магн. индукции. При таком законе изменения В возникает неустойчивость вертикального движения, с к-рой удаётся справиться ценой отказа от азимутальной симметрии магн. поля.

Рис. Внешний вид протонного фазотрона Объединённого института ядерных исследований.

Приведём в качестве примера параметры Ф., введённого в действие в 1984 в Объединённом ин-те ядерных исследований в Дубне (рис.). Протоны ускоряются до энергии 600 МэВ; вес магнита 7000 т, диаметр магн. полюсов 6 м. Потребляемая мощность: 700 кВт для питания магнита, 200 кВт для питания высокочастотной системы. Частота циклов ускорения 250 Гц; усреднённый по времени ток внутреннего пучка

6 мкА, тон выведенного пучка

3,5 мкА. Во время реконструкции Ф. в структуру магн. поля были введены спиралевидные неоднородности, к-рые позволяют уменьшить диапазон изменения частоты ускоряющего напряжения.

Лит. см. при ст. Ускорители заряженных частиц.

Источник

ФАЗОТРОН

— резонансный циклич. ускоритель тяжёлых частиц (протонов, ионов), работающий при постоянном во времени азимутально однородном (или почти однородном) магн. поле и периодически изменяющемся по частоте высокочастотном ускоряющем напряжении.

При движении без ускорения частицы описывают в камере круговые траектории, радиус к-рых определяется из (2). При движении с ускорением радиус окружности с увеличением импульса частиц растёт, так что траектории приобретают вид раскручивающихся спиралей. Частота обращения частиц с увеличением падает, соответственно должна уменьшаться частота ускоряющего напряжения. (Вторая причина уменьшения частоты заключается в том, что устойчивое вертикальное движение частиц при ускорении возможно только в магн. поле, индукция к-рого уменьшается с радиусом.) Рабочий режим Ф. носит поэтому циклич. характер: частота ускоряющего напряжения на рабочей части цикла падает в соответствии с энергией частиц, а затем возвращается к своему нач. значению. После этого начинается следующий цикл ускорения.

Практический предел на энергию, достижимую при помощи Ф., накладывает вес магн. системы и энергопотребление ускорителя. Для ускорения частиц до самых больших энергий применяют ускорители, в к-рых магн. поле создаётся не по всей площади круга, а на узкой кольцевой дорожке, в пределах к-рой происходит движение ускоряемых частиц. Как ясно из (2), при растущем импульсе частиц и пост. радиусе траектории в течение ускорит. цикла должна изменяться индукция магн. поля. Такие ускорители называют с и н х р о ф а з о т р о н а м и или синхротронами протонным.

Как уже говорилось, Ф. уступают место изохронным циклотронам, в к-рых частота ускоряющего поля постоянна, а с энергией частиц (с радиусом) возрастает усреднённое по азимуту значение магн. индукции. При таком законе изменения В возникает неустойчивость вертикального движения, с к-рой удаётся справиться ценой отказа от азимутальной симметрии магн. поля.

Рис. Внешний вид протонного фазотрона Объединённого института ядерных исследований.

Приведём в качестве примера параметры Ф., введённого в действие в 1984 в Объединённом ин-те ядерных исследований в Дубне (рис.). Протоны ускоряются до энергии 600 МэВ; вес магнита 7000 т, диаметр магн. полюсов 6 м. Потребляемая мощность: 700 кВт для питания магнита, 200 кВт для питания высокочастотной системы. Частота циклов ускорения 250 Гц; усреднённый по времени ток внутреннего пучка

6 мкА, тон выведенного пучка

3,5 мкА. Во время реконструкции Ф. в структуру магн. поля были введены спиралевидные неоднородности, к-рые позволяют уменьшить диапазон изменения частоты ускоряющего напряжения.

Лит. см. при ст. Ускорители заряженных частиц.

Источник

Фазотрон

Фазотрон, синхроциклотрон — циклический ускоритель тяжёлых заряженных частиц (протонов, дейтронов, ионов и др.), в котором магнитное поле однородно и постоянно во времени, а частота ускоряющего электрического поля меняется.

Принцип действия

В своих основных чертах принцип действия и устройство синхроциклотрона те же, что и у циклотрона. Отличием является компенсация эффекта релятивистского запаздывания [2] путём соответствующего снижения частоты ускоряющего поля.

Синхроциклотрон функционирует в режиме повторяющихся с определённой частотой интервалов ускорения. Частота ускоряющего электрического поля в рабочей части каждого интервала падает в соответствии с энергией частиц, а в конце интервала возвращается к своему начальному значению.

Данный принцип отражён в названии ускорителя — синхроциклотрон.

См. также

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Фазотрон» в других словарях:

фазотрон — фазотрон … Орфографический словарь-справочник

ФАЗОТРОН — (синхроциклотрон), циклич. резонансный ускоритель тяжёлых заряж. ч ц (протонов, ионов), в к ром управляющее магн. поле постоянно во времени, а частота ускоряющего ВЧ электрич. поля меняется. Движение ч ц в Ф. происходит по раскручивающейся… … Физическая энциклопедия

фазотрон — ускоритель, синхроциклотрон Словарь русских синонимов. фазотрон сущ., кол во синонимов: 2 • синхроциклотрон (2) • … Словарь синонимов

ФАЗОТРОН — ФАЗОТРОН, а, муж. (спец.). Ускоритель тяжёлых заряженных частиц. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

ФАЗОТРОН — (сиихроциклотрон) ускоритель заряженных частиц (см. (1)), в вакуумной камере которого частицы движутся по спирали в постоянном магнитном поле и ускоряются высокочастотным электрическим полем с медленно изменяющейся частотой. Изменение частоты… … Большая политехническая энциклопедия

фазотрон — (см. фаза + (элек)трон) иначе синхроциклотрон установка для ускорения (ускоритель) тяжелых заряженных микрочастиц (протонов, дейтронов, альфа частиц) до энергии в миллиард электрон вольт; в фазотроне частицы ускоряются высокочастотным… … Словарь иностранных слов русского языка

фазотрон — fazotronas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. phasotron vok. Phasotron, m rus. фазотрон, m pranc. phasotron, m … Fizikos terminų žodynas

Источник

Фазотрон что это такое

§ 9. Фазотрон и синхротрон

Рис. 41. Изменение частоты в фазотроне

Познакомимся с данными крупнейшего фазотрона, работающего в СССР с 1949 г. и принадлежащего Объединенному институту ядерных исследований (рис. 42). В этом ускорителе протоны разгоняются до энергии 680 Мэв. Магнит ускорителя имеет высоту трехэтажного дома и весит 7000 тонн. Диаметр его полюсов составляет 6 метров. Значительный спад магнитного поля от центра к краям (4,9%) обеспечивает лучшую, чем в циклотроне, вертикальную фокусировку пучка, oздесь можно допустить более сильное, чем в циклотроне, спадание магнитного поля, не боясь выхода частиц из резонанса. Полюса магнита являются одновременно крышками огромной вакуумной камеры объем которой более тридцати кубических метров В центре камеры, откачиваемой мощными насосами, помещается ионный источник. К нему по трубопроводу от расположенного снаружи баллона подводится газообразный водород (в случае ускорения протонов). Обычно в фазотронах ограничиваются лишь одним дуантом, вторым, заземленным электродом является сама вакуумная камера. На дуант фазотрона подается небольшое если сравнивать с циклотроном, переменное напряжение Амплитуда его не превышает 15-20 киловольт. За время ускорения протонов до 680 Мэв масса их увеличивается более чем на 72 процента. Чтобы изменить частоту электрического поля за время ускорения ионов прибегают к следующему приему. К дуанту фазотрона присоединяют конденсатор, одна из обкладок которого вращается в вакууме с большой скоростью. При этом емкость конденсатора и, следовательно, емкость всего контура дуанта, периодически изменяется в нужных пределах. Соответственно изменяется и собственная частота контура дуанта, зависящая от его емкости и индуктивности. Высокочастотный генератор с самовозбуждением, связанный с таким контуром, создает в нем колебания с частотой, равной собственной частоте контура.

Рис. 42. Фазотрон Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне

Интенсивность, получаемая в фазотроне, в сотни раз уступает интенсивности в циклотроне. Столь значительное падение интенсивности свойственно всем ускорителям, использующим явление автофазировки и связано с сокращением времени захвата частиц в режим ускорения. Если в циклотроне захват ионов происходит в течение значительной части периода 1 /₇— 1 /₉, то в фазотроне может успешно начать ускорение только ничтожная часть всех ионов, непрерывно испускаемых источником Ото будут ионы, попавшие в камеру в тот короткий промежуток времени, когда частота электрического поля соответствует нулевым скоростям частиц Ионы попавшие в камеру раньше или позже, не смогут ускоряться резонансно, так как частота не будет уже подходящей для них. Но в таком случае нет смысла непрерывно направлять в камеру ионы. Ионный источник фазотрона обычно испускает ионы только во время захвата. Благодаря этому удается увеличить импульсный ионный ток. На внутреннюю мишень, установленную недалеко от края полюса, попадает 1,8*10 12 протонов в секунду. Импульсы следуют один за другим с интервалом около одной сотой секунды.

Значительно труднее вывести пучок протонов из камеры наружу. Шаг спирали, по которой раскручиваются частицы в фазотроне, очень невелик. Поэтому здесь не удается эффективно использовать для отклонения пучка постоянное электрическое поле, как это делается в циклотроне. Специалистами был разработан оригинальный способ вывода пучка из фазотрона. В нужный момент в определенных местах искусственно создаются неоднородности магнитного поля. Благодаря им орбиты ионов меняют свою форму и пучок протонов через отверстие в специальном магнитном экране выходит из камеры. Таким путем удалось вывести наружу до 8% всех протонов. Посмотрим, как располагается аппаратура вблизи ускорителя (рис. 43). Обращает на себя внимание многометровая бетонная стена, окружающая фазотрон со всех сторон. Она нужна для защиты людей от воздействия излучений. Сами протоны пучка легко поглощаются, но, попадая на вещество, дают в большом количестве нейтроны и γ-лучи. Они и составляют основную опасность. Мы знаем, что из космических пространств на Землю поступают частицы огромных энергий, причем количество их не так уж мало. На каждый квадратный сантиметр поверхности Земли в минуту падают в среднем 1,5 частицы. Это означает, что тело каждого человека ежеминутно пронзается тысячами энергичных частиц. Однако заметного вреда здоровью людей подобная бомбардировка не приносит. Иная картина на ускорителях. От миллиардов частиц, ежесекундно образующихся на них, нужна серьезная защита. Люди, работающие на ускорителях или с радиоактивными материалами, во время работы имеют при себе приборы, позволяющие судить о том, какую дозу излучений они получили. В защите нуждаются не только люди. Вся аппаратура для исследований, за исключением мишеней, также не должна подвергаться действию излучений. Поэтому через бетонную защиту фазотрона пучки проходят по узким каналам. От внутренней мишени фазотрона можно получить выходящие наружу пучки нейтронов, π-мезонов и протонов. Нейтронный пучок, не подверженный действию магнитного поля, без отклонения проходит в соответствующий канал, π-мезоны отклоняются рассеянным магнитным полем фазотрона в противоположные стороны. Интересным новшеством является использование в качестве защиты железного ярма фазотрона, за которым размещается «мезонная лаборатория». Для вывода в нее мезонов в трехметровом ярме магнита просверлены отверстия. Сквозь них проходят заряженные π-мезоны, которые образуются на расположенной внутри дуанта бериллиевой мишени. Интенсивность пучка отрицательных π-мезонов здесь доходит до 200 мезонов в секунду через квадратный сантиметр,

Рис. 43. Размещение аппаратуры для физических исследований на синхроциклотроне 680 Мэв

С помощью фазотронов проводятся важнейшие исследования взаимодействия элементарных частиц и ядер. Были детально изучены свойства π-мезонов и их взаимодействия. Одним из наиболее важных результатов, полученных на фазотронах, явился вывод о зарядовой независимости ядерных сил. Опыты по рассеянию протонов и нейтронов на протонах показали, что протон и нейтрон можно считать как бы двумя состояниями одной и той же частицы нуклона. Если не считать те явления, в которых сказывается присутствие у протона электрического заряда, обе частицы ведут себя совершенно одинаковым образом в самых различных ядерных процессах.

Фазотрон был первым ускорителем, подтвердившим правильность открытия, сделанного В. И. Векслером. Вскоре вступил в строй и другой ускоритель, основанный на явлении автофазировки частиц. В нем для борьбы с вредным влиянием возрастания массы ускоряемой частицы используется способ изменения магнитного поля.

В синхротроне ускоряются электроны. По своей конструкции он весьма напоминает бетатрон (рис. 44). Магнит синхротрона служит, как и в бетатроне, для создания переменного по времени магнитного потока. Но в синхротроне магнитное поле создается только в кольцевой области вблизи орбиты электронов: оно лишь выполняет задачу управления движением электронов по кругу.

Рис. 44. Схема устройства синхротрона

Поэтому массивный, заполняющий весь объем, полюс магнита заменен здесь легким кольцевым.

1 ( Причину движения внутрь нетрудно понять. Энергия электронов, примерно равная 300 Н*R, не изменяется после прекращения ускорения. Увеличение магнитного поля H, естественно, приводит к уменьшению радиуса орбиты R.)

Рис. 45. Процесс ускорения в синхротроне

При желании (в небольших ускорителях) электроны могут быть направлены на наружную мишень. Для этого высокочастотное поле нужно выключать в момент, близкий к максимуму магнитного поля. Спадание H вызовет увеличение радиуса орбиты электронов. Наружной мишенью обычно служит тыльная сторона электронной пушки.

Синхротроны строятся на огромные энергии вплоть до нескольких Бэв. Излучение электронов, ограничивающее максимальную энергию частиц в бетатроне, здесь не является столь опасным. Рост излучения электронов приводит к тому, что они начинают забирать большую энергию от электрического поля. Необходимо иметь на ускоряющей щели достаточную разность потенциалов. Мы еще раз можем убедиться в замечательном свойстве автофазировки частиц. Помимо требований к высокочастотной системе, которая должна восполнить огромные радиационные потери, излучение оказывает серьезное влияние на движение частиц в ускорителе. Как показали работы советского физика А. А. Коломенского, в слабо-фокусирующих ускорителях, где показатель спадания магнитного поля n меньше 1 и больше нуля, излучение приводит к дополнительному затуханию колебаний. Наоборот, в сильнофокусирующих ускорителях (см. ниже) излучение увеличивает размах колебаний и нужно принимать специальные меры против «раскачки» колебаний.

Излучение электронов в синхротроне захватывает область видимых длин волн. Его можно наблюдать с помощью системы зеркал в виде яркого пятна.

На синхротронах изучают ядерные превращения, происходящие под действием γ-лучей различной энергии. На рис. 46 показан синхротрон, работающий в Физическом институте им. Лебедева в Москве. Он дает пучок тормозного излучения с энергией до 265 Мэв.

Рис. 46. Синхротрон Физического института им. П. Н. Лебедева, на котором электроны ускоряются до энергии 265 Мэв

Источник

• ← ты мне понравилась так сразу оттого
• коды нарушений при экспертизе качества медицинской помощи →