6.1.3.4. Прискорювачі заряджених частинок

Прискорювачі заряджених частинок – пристрої для отримання частинок з великою кінетичною енергією (циклотрон, бетатрон, синхрофазотрон, генератор Ван-де-Граафа).

Е лектростатичний генератор Ван - де - Граафа – лінійний прискорювач з одноразовим проходженням зарядженої частинки електростатичного поля з величезною різницею потенціалів (до 10 МВ = 10⁷ В). Схематично будову генератора зображено на рис. 6.1.23.

Циклотрон – плоска циліндрична камера з двох половинок (дуантів), які розміщені в сильному магнітному полі. На дуанти подається напруга, тому електричне поле між ними прискорює рух заряджених частинок. Під дією магнітного поля частинки рухаються по спіралі (в результаті дії сили Лоренца). Між дуантами створюється змінне електричне поле, яке прискорює рух частинок із одного дуанта в інший. У міру зростання швидкості частинки, збільшується частота напруги на дуантах для подальшого прискорення частинки. Схематично будову циклотрона зображено на рис. 6.1.24.

У бетатроні відбувається прискорення електронів вихровими електричним полем, створюваним змінним магнітним потоком, що пронизує дуанти кільцевої камери. Магнітна індукція поля змінюється відповідно до збільшення маси прискорюваного електрона, і електрон утримується на сталій кільцевій траєкторії.

С инхрофазотрон – кільцева камера із кількох дуантів між полюсами електромагнітів. Електричне поле, створюване в розривах кільцевої камери, прискорює рух частинок. Змінне магнітне поле утримує частинки на сталій орбіті. Зі зростанням швидкості частинок синхронно збільшується частота змінної напруги і магнітна індукція. На синхрофазотронах досягнуто прискорення протонів до енергії 75 ГеВ. Схематично будову синхрофазотрона зображено на рис. 6.1.25.

6.1.3.5. Елементарні частинки

Частинки, яким на даному етапі розвитку ядерної фізики не можна приписати певну внутрішню будову, називають елементарними.

Відкрито 38 елементарних частинок і більше 300 так званих резонанс-частинок (короткоживучі частинки із середнім часом життя близько 10^-23 с). „Резонанси” існують настільки малий час, що навіть, рухаючись зі швидкістю світла, їх довжина вільного пробігу становить величину, зрівняну з розмірами ядра, тобто 10^-15 м.

Класифікація елементарних частинок:

1) Фотони (m₀ = 0).Позначаються - γ.

2) Лептони (легкі частинки, що не беруть участь у сильних взаємодіях, наприклад таких взаємодіях, що проходять в ядрі між нуклонами). Це електрони, мюони, нейтрино: .

3) Мезони (середні):

4) Баріони (важкі): нуклони (р, n) і гіперони.

Кожна частинка має свою античастинку, тобто частинку тієї ж маси спокою, але з деякими протилежними квантовими властивостями (е^- і е⁺, v і . р і р^- тощо). Фотон та π⁰ –мезон античастинок не мають.

Стабільні і нестабільні частинки

Стабільні частинки ( їх дев’ять) – живуть у вільному стані як завгодно довго: . Інші нестабільні. Наприклад, стабільний у ядрі, а у вільному стані його середній час життя 15 хв, після чого нейтрон перетворюється в стабільні частинки:

.

При будь-якому перетворенні елементарних частинок виконуються закони збереження маси, енергії, електричного заряду, імпульсу, моменту імпульсу.

Анігіляція частинок: (можливе 3γ); кожний фотон забирає енергію hv = m₀с² = 0,511 МеВ.

Фотонародження (утворення пар):

γ –квант з енергією ≥ 1,022 МеВ утворює пару

Взаємодії елементарних частинок: сильна (баріони та інші важкі частинки); електромагнітна (між зарядженими частинками); слабка (лептони); гравітаційна.

Характеристики взаємодій можна порівняти так:

Вид взаємодії	Час протікання взаємодії	Порівняльна величина взаємодії
Сильна	10-20 – 10-22	1
Електромагнітна	10-20 – 10-15	1/140
Слабка	10-20 – 10-5	10-14

Зараз прийнято вважати електромагнітну та слабку взаємодії проявом єдиної електрослабкої взаємодії.

Космічні промені – потік елементарних частинок високої енергії, в основному протонів, ядер гелію і гамма-квантів, а також інших частинок, які утворюють їх потік в атмосфері.