39. Синхрофазотрон

Синхрофазотрон — резонансный циклический ускоритель с неизменной в процессе ускорения длиной равновесной орбиты. Чтобы частицы в процессе ускорения оставались на той же орбите, изменяется как ведущее магнитное поле, так и частота ускоряющего электрического поля. Последнее необходимо, чтобы пучок приходил в ускоряющую секцию всегда в фазе с высокочастотным электрическим полем. В том случае, если частицы ультрарелятивистские, частота обращения, при фиксированной длине орбиты, не меняется с ростом энергии, и частота ВЧ-генератора также должна оставаться постоянной. Такой ускоритель уже называетсясинхротроном.

В физической энциклопедии приводится следующее определение: синхрофазотрон — выходящее из употребления название протонного синхротрона со слабой фокусировкой.

В настоящее время под словом «синхрофазотрон», как правило, понимается конкретный ускоритель Синхрофазотрон ОИЯИ с энергией пучков протонов 10 ГэВ.

40. Линейные ускорители

    Линейные ускорители – ускорители заряженных частиц, в которых частица движется по прямолинейной траектории. Линейные ускорители можно разбить на две категории – ускорители прямого действия и собственно линейные ускорители.     Наиболее известным ускорителем прямого действия является электростатический генератор (генератор Ван де Граафа), где частицы или ионы ядер ускоряются непосредственно за счет одно- или двукратного (в тандемах) прохождения разности потенциалов, достигающей 20 миллионов вольт. Однако, в таких ускорителях трудно обеспечить энергию частиц больше 40 - 50 МэВ для протонов и для достижения ещё больших энергий используют собственно линейные ускорители.

Рис. 1. Схема линейного ускорителя

    В линейных резонансных ускорителях (рис. 1) частица подвергается многократному ускорению, пролетая сквозь ряд цилиндрических трубок, присоединенных к электрическому генератору высокой частоты (используют радиочастотные генераторы). Пучок частиц двигается вдоль оси трубок. Внутри каждой трубки электрическое поле равно нулю. Соседние трубки имеют противоположную полярность. Таким образом, ускоряющее поле высокой частоты с напряжением порядка сотен кВ находится в зазорах между трубками. Частота генератора и размеры трубок подбираются так, чтобы сгусток ускоряемых частиц подходил к очередному зазору в тот момент, когда полярность трубок изменяется на противоположную.      Длина трубки l_n, скорость частицы v_n и частота ускоряющего поля ƒ связаны соотношением

l_n =v_n/(2ƒ).

    Так как скорость частицы увеличивается при прохождении очередного ускоряющего промежутка, длины ускоряющих трубок также увеличиваются. После прохождения n ускоряющих промежутков частица приобретет кинетическую энергию T_n = nZeU. В нерелятивистком приближении скорость частицы  , и длина l_n соответствующей дрейфовой трубки возрастает пропорционально √n. Когда частица достигает релятивистских скоростей , длина трубок становится постоянной.