Введение

Возможны различные методы ускорения вещества до весьма больших скоростей, а, следовательно, энергий. Однако для этих целей нельзя использовать обычные методы ускорения материального тела, применяя, например, огнестрельное оружие, ракетную технику, вращение маховиков и т.д.

Увеличение скорости вещества с помощью ракетной техники до космических скоростей, приводит к энергии элементарных частиц, не пригодной для использования в области ядерной физики.

Возможен электромагнитный метод ускорения проводника с током в результате его взаимодействия с магнитным полем. Даже при предварительно глубоком охлаждении проводника до температур, близких к абсолютному нулю, нет возможности ускорять такие наиболее пригодные металлы, как литий и бериллий, до скоростей, больших, чем 10⁷ см/с.

Заслуживает упоминания предложение, в котором предположительно заряженных тяжелых частиц потоком быстрых электронов. Электроны уже при энергиях 3…4 МэВ приобретают скорости, близкие к скорости света. Если в этом потоке быстрых электронов окажется группа тяжелых частиц, например, протонов, то при соответствующих условиях эта группа может быть увлечена электронами. Совместное их движение будет сопровождаться до тех пор, пока скорости протонов и электронов не сравняются.

Как следует из самого определения эВ, частица получает такую энергию в том случае, когда при заряде ее, равном заряду электрона, она ускоряется напряжением 1 В.

Классификация существующих типов ускорителей осуществляется, в частности, по типу траектории ускоряемых частиц.

Ускорители, в которых частицы непосредственно ускоряются высокой разностью потенциалов и движутся от одного электрода к другому, называются ускорителями прямого ускорения. Однако для получения частиц больших энергий применяется принцип многократного ускорения, когда частица много раз проходит через так называемый ускоряющий промежуток – пространство, заключенное между электродами с необходимой разностью потенциалов.

Если частица совершает движение по замкнутой орбите, многократно возвращаясь к тем же ускоряющим промежуткам, которые она уже прошла, то такой процесс ускорения соответствует так называемым циклическим ускорителям.

Если частица, двигаясь по прямолинейной траектории, многократно проходит различные ускоряющие промежутки, то такой процесс соответствует так называемым линейным ускорителям.

Длина пути частицы в ускорителях может быть различной от 1 м/МэВ в ускорителях прямого ускорения до 700…800 тыс. км – в циклических ускорителях. Т.к. длина свободного пробега увеличивается с ростом скорости частицы, то основная часть потерь частиц от столкновения с молекулами остаточного газа происходит в начале ускорения, когда скорость их еще мала.

В ускорителях заряженные частицы в электрическом и магнитном полях, при чем в общем случае направление векторов напряженности этих полей, а также зависимость векторов от времени и пространства могут быть любыми.

В ускорителях прямого ускорения частица движется вдоль вектора напряженности электрического поля при практическом отсутствии магнитного поля.

В линейных ускорителях электрическое поле переменно, а магнитное практически отсутствует.

В циклических ускорителях частица движется в относительно сильном магнитном поле при переменном значении электрического поля в ускоряющих промежутках.

Рассмотрим движение нерелятивистской частицы в электрическом поле постоянной напряженности Е в пространстве, где магнитное поле отсутствует. На заряженную частицу действует постоянная сила:

Р_с = е^.Z^.Е

еZ – заряд частицы (К);

Е – напряжение электрического поля (В/см).

Направление силы совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля. Под влиянием силы Р_с частица будет двигаться равноускоренно:

,

а путь составит:

.

Попытки ускорить заряженные частицы в пространстве, наполненном газом при нормальном атмосферном давлении, не могут привести к положительным результатам.