Інші прискорювачі заряджених частинок – Прискорювачі заряджених частинок

ФІЗИКА

Частина 6 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

Розділ 17 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

17.3. Прискорювачі заряджених частинок

Інші прискорювачі заряджених частинок

Винайдення циклотрона і бетатрона дало можливість надавати зарядженим частинкам досить великих енергій і розв’язувати деякі проблеми ядерної фізики. Проте навіть граничних значень енергій, до яких можна прискорювати заряджені частинки в цих прискорювачах, не досить для вивчення властивостей і структури складових елементів ядра та інших елементарних

частинок. Виникла потреба у розробленні і створенні нових прискорювачів.

Теорію прискорювачів нового типу розробив 1944 р. радянський вчений В. І. Векслер і трохи пізніше незалежно від нього американський фізик Е. Макміллан. В основу теорії покладено міркування, що дають змогу уникнути труднощів, пов’язаних з релятивістським ефектом, і таким чином значно розширити межі прискорення частинок.

Розрізняють три типи резонансних прискорювачів релятивістських частинок: фазотрон, синхротрон і синхрофазотрон.

Фазотрон застосовується для прискорення важких частинок. Синхротрон за своєю конструкцією нагадує бетатрон і застосовується для прискорення електронів. Синхрофазотрон є сучасним прискорювачем важких частинок. На відміну від фазотрона, частинки в ньому рухаються по траєкторії сталого радіуса і магнітне поле створюється кільцевим магнітом.

У 1967 р. в Серпухові пущено найбільший у світі кільцевий прискорювач протонів на 70 ГеВ, тобто з енергією майже в 1000 разів більшою, ніж на перших прискорювачах. Номінальна енергія в 70 ГеВ під час пуску прискорювача була перекрита і досягала 76 ГеВ.

Звичайно прискорені частинки використовують як своєрідні “снаряди”, що бомбардують мішень, ядра якої перебувають у стані спокою. Проте можна здійснити дослід, коли швидка частинка – “снаряд” – і мішень (сукупність ядер) рухатимуться з великою швидкістю назустріч одна одній. Такий метод дістав назву методу зустрічних пучків. При використанні цього методу внаслідок релятивістського додавання швидкостей енергія відносного руху зустрічних частинок не просто подвоюється, а зростає у багато разів. Уперше принцип зустрічних пучків було з успіхом застосовано в Новосибірську і Стенфорді.

Досі йшлося про розвиток прискорювачів частинок за допомогою збільшення їхніх енергій. Проте в останні 10-15 років велику увагу приділяють також питанням підвищення інтенсивності пучків частинок на прискорювачах до енергій, що наближаються до 1 ГеВ. При цьому основну увагу спрямовано на одержання інтенсивних пусків вторинних частинок π- і μ-мезонів. Звідси і назва таких прискорювачів – мезонні фабрики. Йдеться про мезонні фабрики з енергією протонів менше ніж 1 ГеВ. Слід чекати, що в майбутньому постане завдання створення каонних мезонних фабрик, тобто прискорювачів, за допомогою яких можна дістати інтенсивні пучки К-мезонів. Це потребує розроблення проектів сильнострумових прискорювачів протонів до енергій близько 2 ГеВ, що є дуже складною технічною проблемою.

Успішне прискорення важких йонів на циклотронах, які раніше використовувались лише для прискорення протонів, α-частинок, сприяло розробленню спеціальних прискорювачів важких йонів. Слід назвати насамперед два перших спеціальних прискорювачі важких йонів – циклотрон з діаметром 3 м (ОІЯД, Росія) та лінійний прискорювач важких iонів в Радіаційній лабораторії ім. Е. Лоуренса в Берклі (США). На прискорювачі в Дубні було одержано найбільш інтенсивні пучки важких йонів. Найважчою прискореною до енергій 8… 10 МеВ/нуклон частинкою на цьому циклотроні став iон германію.

Розвиток ідей про шляхи синтезу надважких елементів викликав міркування про необхідність прискорення ще більш важких ядер, аж до ядер урану.

Розвиток техніки прискорення заряджених частинок має велике значення для експериментального вивчення будови і фізичних властивостей мікрочастинок. Прискорювачі енергії в мільйони електрон-вольт дали змогу вивчати ядерну структуру, оскільки саме ці енергії характерні для ядерної спектроскопії. Вивчення частинок на суб’ядерному рівні стало можливим тоді, коли було побудовано прискорювачі на десятки мільярдів електрон-вольт. Тільки в зіткненнях при високій енергії можна встановити існування таких частинок і вивчити їхні властивості. Використання прискорювачів високих енергій привело до того, що вчені за допомогою їх відкрили багато нових частинок.




Інші прискорювачі заряджених частинок – Прискорювачі заряджених частинок