Вопрос №10. Циклические ускорители

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

1

ЦИКЛОТРОН

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

2

Более подробно о принципе работы (взято из Коломенского, Лебедева)

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

3

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

4

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

5

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

6

Теоретические значения предельной энергии частиц в циклотроне.

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

7

+: Лекция Баева:

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

8

ИЗОХРОННЫЙ ЦИКЛОТРОН

В качестве модификации классического циклотрона был предложен изохронный циклотрон, в котором период Т обращения частиц не зависит от их инергии.

Зависимость периода фазы частиц в классическом циклотроне приводит к тому, что существенное повышение их предельной энергии требует применения очень высоких напряжений V0 между дуантами, однако это практически неприменимо из-за тезнических трудностей.

Вопрос № 10. Циклические резонансные ускорители с постоянным магнитным полем: циклотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

9

ФАЗОТРОН

Фазотрон, синхроциклотрон — циклический ускоритель тяжёлых заряженных частиц (протонов, дейтронов, ионов и др.), в котором магнитное поле однородно и постоянно во времени, а частота ускоряющего электрического поля меняется.

Вфизике высоких энергий этот тип ускорителей считается устаревшим, однако он все ещё используется, например, в медицине.

Всвоих основных чертах принцип действия и устройство синхроциклотрона те же, что и у циклотрона. Отличием является компенсация эффекта релятивистского запаздывания путём соответствующего снижения частоты ускоряющего поля.

Синхроциклотрон функционирует в режиме повторяющихся с определённой частотой интервалов ускорения. Частота ускоряющего электрического поля в рабочей части каждого интервала падает в соответствии с энергией частиц, а в конце интервала возвращается к своему начальному значению.

Вопрос № 10. Циклические резон ансные ускорители с постоянным магнитным полем: цик лотрон, изохронный циклотрон, фазотрон (синхроциклотрон), микротрон. Принципы работы, отличия.

10

[ для справки: Принцип автофазировки

В циклическом ускорителе установлен высокочастотный резонатор, создающий ускоряяющее продольное

электрическое поле. Соответствующее ему напряжение: . Для резонансного ускорения, частицы пучка должны проходить через резонатор в одной и той же фазе. Пусть есть некая центральная частица в пучке (равновесная частица), которая приходит в резонатор в момент времени

и получает энергию , где — заряд частицы. Если какая-то частица имеет отклонение по энергии от энергии равновесной частицы , то такая частица совершает один оборот за другое время, чем равновесная. В первом приближении поправка линейно связана с ошибкой

по энергии: , где . Первое слагаемое, ко эффициент

расширения орбит , отвечает за удлинение орбиты, а второе, выраженное через релятивистский фактор , отвечает за изменени е скорости движения частицы. Для ультрарелятивистских частиц, их скорость почти неизменна, второ е слагаемое несущественно, и коэффициент . В этом случае,

синусоиды напряжения ВЧ, то запоздавшая частица получит меньше энергии, то есть её отклонение по энергии от равновесного значен ия сократится. Аналогично, частица с меньшей энергией получит больше,

чем равновесная. Таким образо м, частицы пучка будут совершать малыесинхротронн ые колебания вокруг равновесного з начения[1].

Аналогичные рассуждения можно провести для случая , только для автофа зировки следует

выбрать нарастающий склон синусоиды ВЧ, в противном случае частицы будут совер шать инфинитное движение в фазовой плоскости .

Следует отметить, что в резонан сном ускорителе циклотроне принцип автофазировки не выполняется,

поскольку нерелятивистские частицы имеют период обращения, не зависящий от энер гии. Это значит, что частица с отклонением по энерги и не будет сокращать отстройку, а частица с отклоне нием по фазе прихода в ускоряющий зазор буд ет сохранять отстройку по фазе и наращивать отстройку по энергии.]

Дополнительно: