§ 27.7. Движение заряженных частиц в кольцевых ускорителях. Циклотрон представляет собой две полые камеры в виде полуцилиндров нз проводящего неферро-

магннтного материала. Эти камеры находятся в силь-

ном равномерном магнитном поле индукции В, напра­вленном на рис. 27.7 сверху вниз. Камеры помещают в вакуумированный сосуд (на рисунке не показан) и присоединяют к источнику напряжения U_mcos ωt. При t=0, когда напряжение между камерами имеет максимальное значение, а потенциал левой камеры положителен по отношению к правой, в пространство между камерами вводят Положительный заряд q. На него будет действовать сила qE. Заряд начнет дви­гаться слева направо и с начальной скоростью v_a войдет в правую камеру. Но внутри камеры напряженность электрического поля равна нулю. Поэтому, пока он находится внутри камеры, на него недействует сила qE, но действует сила q [v В], обусловленная магнитным полем. Под действием этой силы положительный за- ряд, двигающийся со скоростью v, начнёт^- движение

по окружности радиусом r=.Время, в течение

.-: . пг пт

которого он совершит пол-оборота, t_1==.

Если частоту приложенного между камерами напряжения взять равной f=I/Т=I/2t_1, то к моменту времени, когда заряд выйдет из правой камеры, он окажется

194

под воздействием электрического поля, направленного справа налево. Под действием этого поля заряд увеличивает свою скорость и входит в левую камеру, где совершает следующий полуоборот, но уже большего радиуса, так как он имеет боль­шую скорость. После k полуоборотов заряженная частица приобретает такую скорость и энергию, какую она приобрела бы, если в постоянном электрическом поле она пролетела бы между электродами, разность потенциалов между которыми kU_m. Вывод заряда из циклотрона осуществляется с помощью постоянного электрического поля, создаваемого между одной из камер (на рис. 27.7 правой) и вспомога­тельным электродом А. С увеличением скорости и, когда она становится соизмери­ли со скоростью света, масса частицы m во много раз увеличивается. увеличива­йся и время t₁ прохождения полуоборота. Поэтому одновременно, с увеличением скорости частицы необходимо уменьшать либо частоту источника напряжения V_t cos ωt (фазотрон), либо величину индукции магнитного поля (синхротрон), либо частоту и индукцию (синхрофазотрон).

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ВОСЬМАЯ .

основы магнитной гидродинамики

§ 28.1. Определение магнитной гидродинамики и краткая характеристика об-растей ее применения. Магнитная гидродинамика — это область науки, в которой изучают поведение плазмы пли проводящей жидкости (расплавленных металлов или . солей) в магнитном или электромагнитном полях.

Плазмой называют полностью или частично ионизованный газ, в котором кон­центрация положительных и отрицательных ионов одинакова, а суммарный заряд в единице объема равен нулю. Этот газ в магнитогидродинамическом приближении можно рассматривать как своеобразную проводящую жидкость. При движении (жидкости (плазмы) в магнитном (электромагнитном) поле в ней возникают электрические токи, взаимодействие которых с магнитным полем вызывает механические силы, влияющие на характер ее движения.

За последние 25 лет магнитная гидродинамика особенно интенсивно развивалась в трех направлениях: а) исследование космических проблем; б) изучение способов воздействия на высокотемпературную плазму (ее термоизоляцию, импульсное уско-Ирение, работы по управляемой термоядерной реакции); в) разработка методов элек­тромагнитного воздействия на жидкий металл при его плавке, транспортировке,дозировании.

В космосе имеется полностью ионизованный газ (плазма). Проводимость его в некоторых случаях по порядку величины сможет приближаться к проводимости металла. Если учесть, что ионизованные газы занимают колоссальные объемы, то несмотря на большие расстояния между космическими телами, сопротивления между ними относительно невелики. В то же время магнитное поле в космосе может быть значительньм. Так, регулярное магнитное поле солнца около 25^10-4 Т, а в области солнечных пятен достигает 0,2 0,4 Т. Эти магнитные шля создают огромные медленно затухающие токи в плазме, взаимодействие которых с магнитным полем создаетмеханические силы. Даже если эти силы и оказываются небольшими по величине, их влияние на движение плазмы 'значительно, так как они воздействуют на нее в течение длительного времени.

Различают высокотемпературную и низкотемпературную плазмы. По степени концентрации^; заряженных частиц плазму различают на разреженную и плазму с большой концентрацией. У высокотемпературной плазмы температура доходит до нескольких миллионов градусов. Низкотемпературная плазма имеет место, например, в столбе ионизованного газа при тлеющем и дуговом разрядах. Плазма с тем-ВЮературой нескольких тысяч градусов образуется, например, вблизи поверхности ракеты при ее вхождении в плотные слои атмосферы.

Магнитная гидродинамика наряду с другими науками является теоретической основой при разработке магнитогидродинамических генераторов, а также плазмен-

ных и ионных двигателей.

Применение жидкометаллических теплоносителей в паровых машинах и турби-

нах, охлаждение атомных реакторов щелочными металлами, натрием и калием,

195

разлив и транспортировка жидкого металла в металлургии— все это вызвало по- требность, в магнитных насосах, вентилях, дозаторах.

При исследовании поведения проводящей жидкости в магнитном поле свойства ее характеризуют проводимостью у и магнитной проницаемостью μ_а. Значения γ и μ_a полагают известными из молекулярно-кинетической теории. Точно так же, когда изучают поведение плазмы в магнитном поле, значения γ и μ_а для нее считают известными из электронной теории. Обычно полагают, что среда является однородной и изотропной и что ее свойства не зависят от температуры. Однако при определенных условиях γ плазмы может, оказаться величиной тензорной, например γ плазмы в области солнечной короны.. Иногда необходимо рассматривать плазму как двухком- понентную (не однокомпонентную) среду.