Синхрофазотрон на 76 Гэв (под Серпуховым)
Подземный кольцевой зал в районе ввода протонного пучка из линейного ускорителя
Блоки электромагнита серпуховского синхрофазотрона
Общий вид Серпуховского ускорителя
План расположения национальной ускорительной лаборатории в Батавии (штат Иллинойс)
Ускорители на встречных пучках
(коллайдеры)
Пучки частиц из ускорителей используются для бом- бардировки мишени с целью изучения ядерных ре- акций, свойств элементарных частиц, образования новых частиц, и т.п. Эти процессы определяются энергией взаимодействия частиц с ядрами мише- ни. "Полезной" с этой точки зрения является та часть энергии налетающей частицы, которая пере- ходит во внутреннюю энергию образовавшейся 
системы (идет на расщепление ядра, на рождение новых частиц и т.д.). Однако при столкновении движущейся частицы с неподвижной мишенью часть энергии всегда переходит в кинетическую энергию продуктов, т.е. расходуется "бесполезно".
Долю "полезной" энергии в нерелятивистском при- ближении мы вычисляли в разделе "ядерные реак- ции" (энергия и порог реакции):
T Q |
ma M A |
|
Q |
|
1 |
ma |
|
(42.3) |
|
a |
|
M A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A |
|
||
Отношение абсолютной величины энергии реакции Q к пороговой энергии налетающей частицы Ta мо-
жно назвать "коэффициентом полезного дейст-
вия" ("кпд"): |
Q |
1 |
|
|
Ta |
1 ma / M A |
(53.6) |
Из формулы (53.6) видим, что чем больше отноше- ние масс налетающей частицы и частицы-мишени ma/MA, тем меньше кпд. В случае равенства масс
кпд α = 50%, а если ma>MA, то α еще меньше.
Энергии частиц, получаемые в современных ускори- телях, во много раз больше масс покоя этих час- тиц, поэтому для определения "полезной" энергии расчеты необходимо производить с помощью ре- лятивистских формул. При этом качественно ре- зультат остается прежним: чем больше релятивис- тская масса налетающей частицы по сравнению с массой частицы-мишени, тем меньше кпд. Но фор- мула для кпд, конечно, отличается от (53.6). Для случая, когда массы покоя налетающей частицы и 
частицы-мишени равны m0 (например, протоны из
ускорителя налетают на покоящиеся протоны),
формула имеет вид: |
Q |
|
1 Ta / 2m0c2 |
1 |
|
T |
T / 2m c2 |
(53.7) |
|||
|
a |
|
a |
0 |
|
Например, для Серпуховского ускорителя:
Ta = 76 ГэВ |
→ α = 14%, |
для ускорителя на Ta = 500 ГэВ → α = 6%, |
|
для ускорителя на Ta = 10 ТэВ |
→ α = 1.4%. |
Отсюда понятно, что строить ускорители большой мощности, работающие по традиционной схеме, бессмысленно.
Выход заключается в использовании встречных пуч- ков. В этом случае при одинаковых массах сталки- 
вающихся частиц их центр инерции остается непо-
движным, α = 100%, и энергия ускорителя исполь- зуется полностью. Поэтому все современные уско- рители большой мощности - это коллайдеры. Са- мый известный из них - Большой адронный кол- лайдер (БАК, или LHC). 
Современные ускорители - коллайдеры
