
- •1. Электростатика
- •1.1. Закон сохранения электрического заряда
- •1.2. Закон Кулона
- •1.3. Электростатическое ноле. Напряженность электростатического поля
- •1.4. Теорема Гаусса для электростатического поля
- •1.5. Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме
- •Лекция №3
- •1.6. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля
- •1.7. Потенциал электростатического поля
- •1.8. Связь напряженности с потенциалом. Эквипотенциальные поверхности
- •1.9. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля
- •1.10. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков
- •1.11. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике
- •1.12. Электрическое смещение.
- •1.13. Условия на границе двух диэлектриков
- •1.14. Силы, действующие на заряд в диэлектрике
- •1.15. Сегнетоэлектрики
- •Лекция №5,6
- •1.16. Равновесие зарядов на проводнике
- •1.17. Проводники в электростатическом поле
- •1.18. Электрическая емкость уединенного проводника
- •1.19. Конденсаторы
- •1.20. Энергия системы зарядов уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля
- •2. Постоянный электрический ток
- •2.1. Электрический ток. Сила и плотность тока
- •2.2. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение
- •2.3. Закон Ома. Сопротивление проводников
- •2.4. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца
- •2.5. Закон Ома для неоднородного участка цени
- •2.6. Разветвленные цепи. Правила Кирxгофа
- •3. Магнитное поле
- •3.1. Магнитное поле и его характеристики
- •3.2. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля
- •3.3. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов
- •3.4. Магнитная постоянная. Единицы магнитной индукции напряженности магнитного поля
- •3.5. Магнитное поле движущегося заряда
- •3.6. Действие магнитного поля на движущийся заряд
- •3.7. Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •3.8. Ускорители заряженных частиц
- •3.9. Циркуляция вектора для магнитного поля в вакууме
- •3.10. Магнитное поле соленоида и тороида
- •3.11. Поток вектора магнитной индукции
- •3.12. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле
- •3.13. Явление электромагнитной индукции
- •3.14. Закон Фарадой и его вывод из закона сохранения энергии
- •3.15. Вращение рамки и магнитном поле
- •3.16. Вихревые токи (токи Фуко)
- •3.17. Индуктивность контура. Самоиндукция
- •3.18. Токи при размыкании и замыкании цепи
- •3.19. Взаимная индукция
- •3.20. Трансформаторы
- •3.21. Энергия магнитного поля
- •4. Магнитные свойства вещества
- •4.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •4.3. Намагниченность. Магнитное поле в веществе
- •4.4. Ферромагнетики и их свойства
- •4.5.Природа ферромагнетизма
- •5. Основ ы теории максвелла для электромагнитного поля
- •5.1. Вихревое электрическое поле
- •5.2.Ток смещения
- •5.3.Уравнение Максвелла для электромагнитного поля
3.8. Ускорители заряженных частиц
Ускорителями заряженных частиц называются устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей создаются и направляются пучки высокоэнергетических заряженных частиц (электронов, протонов, мезонов и т.д.).
Любой ускоритель характеризуется типом ускоряемых частиц, энергией, сообщаемой частицам, разбросом частиц по энергиям и интенсивностью пучка Ускорители делятся на непрерывные (из них частицы вылетают порциями - импульсами). Последние характеризуются длительностью импульса. Но форме траектории и механизму ускорения частиц ускорители делятся на линейные, циклические и индукционные. В линейных ускорителях траектории движения частиц близки к прямым линиям, в циклических и индукционных траекториями частиц являются окружности или спирали.
Рассмотрим некоторые типы ускорителей заряженных частиц.
Линейный ускоритель. Ускорение частиц осуществляется электростатическим полем. Заряженная частица проходит поле однократно заряд Q, проходя разность потенциалов , приобретает энергию
. Таким способом частицы ускоряются до
10МэВ. Их дальнейшее ускорение с помощью источников постоянного напряжения невозможно из-за утечки зарядов, пробоев и т.д.
2. Циклотрон - циклический резонансный ускоритель тяжелых частиц (протонов, ионов). Его принципиальная схема приведена на рис. 41.
Рис. 41 |
Между полюсами электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода (1 и 2) в виде полых металлических полуцилиндров, или дуантов. К дуантам приложено переменное электрическое поле. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, однородно и перпендикулярно плоскости дуантов.
|
Если заряженную частицу ввести в центр зазора между дуантами, то она, ускоряемая электрическим и отклоняемая магнитным полем, войдя в дуант 1, опишет полуокружность, радиус которой пропорционален скорости частицы. К моменту ее выхода из дуанта 1 полярность напряжения изменяется, поэтому частица вновь ускоряется и, переходя в дуант 2, описывает там уже полуокружность большего радиуса и т. д.
Для непрерывного ускорения частицы в циклотроне необходимо выполнить условие синхронизма: периоды вращения частицы в магнитном иоле и колебаний электрического поля должны быть равны. При выполнении этого условия частица будет двигаться по раскручивающейся спирали, получая при каждом прохождении через зазор дополнительную энергию. На последнем витке, когда энергия частиц и радиус орбиты доведены до максимально допустимых значений, пучок частиц посредством отклоняющего электрического поля выводится из циклотрона.
Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергии примерно 20МэВ. Дальнейшее их ускорение в циклотроне ограничивается релятивистским возрастанием массы со скоростью, что приводит к увеличению периода вращения, и синхронизм нарушается. Поэтому циклотрон совершенно неприменим для ускорения электронов (при Е=0,5МэВ, m=2m0; при Е=10МэВ, m=28m0).
Ускорение релятивистских частиц в циклических ускорителях можно, однако, осуществить, если применить предложенный в 1944г. советским физиком В.И.Векслером и в 1945г. американским физиком Э.Мак-Милланом принцип автофазировки. Его идея заключается в том, что для компенсации увеличения периода вращения частиц, ведущего к нарушению синхронизма, изменяют либо частоту ускоряющего электрического поля, либо индукцию магнитного поля, либо то и другое. Принцип автофазировки используется в фазотроне, синхротроне и синхрофазотроне.