CYCLOTRON este un accelerator ciclic rezonant al particulelor grele (protoni, ioni), care funcționează la o constantă în timp mag. câmp și la o frecvență constantă (care variază odată cu trecerea de la ion la ion) a frecvenței curentului electric de înaltă frecvență de accelerare. câmp. Este necesar să se facă distincția între Cs obișnuite în care se face inducția magnetică. câmpul nu depinde de azimut și C. cu variația azimutală a magnetului. domenii, denumite ciclotroni izocronici.
Prima construcție a fost propusă de E. Lawrence (E. Lauwrence) în 1932 și, în același timp, a reușit să obțină un flux deuteron cu o energie de până la 6 MeV și o putere curentă de până la 25 μA.
Schema dispozitivului este prezentată în Fig. 1: a - tăieturi verticale și 6 orizontale. Magnus. câmpul din spațiul dintre stâlpii 2 este excitat de bobinele 3 prin care trece postul. Electrice. curent. În acest spațiu există o cameră cu vid ridicat 4. Deplasând în această cameră, particulele trec de la un duant (electrodul excitat de tensiunea HF) la celălalt și apoi înapoi la primul, etc. Curentul electric accelerator. Câmpul acționează asupra particulelor numai în momentul în care se deplasează de la un duant la un duant. În acest moment, câmpul trebuie să aibă direcția necesară și o valoare suficientă (accelerația de rezonanță).
Fig. 1. Schema ciclotronului: a - vedere laterală; Vedere în sus, electromagnet cu 1 jug; 2 poli de electromagnet, 3 - bobine care excită câmpul magnetic B; 4 - cameră de vid; 5 - electrozi de accelerare (duani).
Să luăm în considerare mișcarea particulelor într-o cameră de vacuum Q în absența unei tensiuni de accelerare. Traiectoriile particulelor se deplasează de-a lungul azimutului, în post. mag verticale. câmpul are o formă aproape de cercurile orizontale aranjate. Forța centro-necesară pentru o astfel de mișcare. accelerația creează forța lui Lorentz.
Pentru o particulă care se deplasează în U. relațiile următoare sunt:
unde B este inducția magnetului. câmpul, c este viteza luminii. Ze este sarcina particulei, r este raza traiectoriei sale, m0 este masa de odihnă a particulei, p este impulsul și w este frecvența conversiei sale la C. g este factorul său relativist.
Formulele (1) și (2) arată că la post. Inducția B, frecvența de rotație a particulelor nerelativiste în U. nu depinde de energia lor, iar raza traiectoriei este proporțională cu impulsul. Prin urmare, traiectoriile particulelor accelerate nu sunt cercuri, ci spirale de dezlipire. Frecvența câmpului de accelerare este constantă și egală (sau multiplă) cu frecvența rotirii particulelor în camera de vid.
Invarianța magnetului. câmpurile și frecvențele tensiunii de accelerație fac posibilă un mod continuu de accelerare: în timp ce unele particule se mișcă de-a lungul exteriorului. bobinele spirală, altele sunt în mijlocul căii, iar altele încep să se miște (particulele sunt injectate în camera de vid a Ts aproape de centru); raza de injectare depinde de impulsul pe care particulei îl dobândesc în sursa de ioni sau pe calea de la sursă la duant.
Particulele accelerate umple traiectoria spirală nu complet. Ocupate sunt numai acele părți ale acesteia, care corespund particulelor care intră în spațiul gol cu direcția de accelerare a electricității. Campurile HF. Prin urmare, fasciculul de particule accelerate se rupe într-un lanț de grupuri consecutive de particule (banshee, vezi Bunching).
Când înseamnă asta. accelerarea particulelor, atunci când există o creștere relativistă a masei (g> 1). frecvența de rotație a particulelor începe să scadă și acestea ies din sincronizare cu câmpul de accelerare. În acest caz, accelerarea particulelor se înlocuiește cu încetinirea lor și accelerarea acestora devine imposibilă. Acest efect poate fi evitat cu energie în creștere (masă) a particulelor, adică. E. Odată cu creșterea razei orbitei sale, pentru a crește câmpul de inducție B. Cu toate acestea, cu Ts azimutal câmpului simetric acest lucru duce la apariția instabilității mișcării verticale a particulelor accelerate.
În cazul unei mișcări stabile, orice abatere a parametrilor mișcării particulelor din valorile de echilibru trebuie să fie însoțită de apariția unor efecte care caută să readucă acești parametri la echilibru, astfel încât particulele să oscileze valori apropiate de echilibru. Este obișnuit să se facă distincția între stabilitatea vibrațiilor transversale (oscilații în înălțime și în rază) și stabilitatea mișcării longitudinale (oscilații în fază radială).
Se poate arăta că într-un câmp simetric azimutal mișcarea verticală este stabilă numai dacă este inducția magnetului. câmpul nu crește, ci scade cu o rază. De obicei, un astfel de câmp este creat. Venind cu o creștere relativistă în masă, acest efect se suprapune. limitare la max. energia particulelor accelerate. În Cs folosit pentru a accelera protoni, energia maximă realizabilă se află în regiunea de 30 MeV.
Creșteți energia care poate fi atinsă de particule accelerate în C. în două moduri. Se poate renunța la constanța frecvenței tensiunii de accelerare, reducând-o, pe măsură ce frecvența de rotație a particulelor scade. Acești acceleratori sunt chemați. Când frecvența se schimbă în timp, modul de accelerație descris mai sus devine imposibil atunci când particulele din accelerator coexistă în diferite etape ale procesului de accelerare. Frecvența câmpului de accelerare corespunde astfel accelerației unuia sau mai multor grupuri de fascicule amplasate strâns. T. despre. o creștere a energiei maxime realizabile a particulelor în phasotron se produce datorită unei scăderi semnificative a intensității.
Un alt mod de a atinge max. energia constă în respingerea simetriei azimutale a magnetului. câmp. În astfel de acceleratori, particulele intersectează alternativ regiuni în care câmpul crește și scade cu raza în creștere. Cu alegerea corectă a parametrilor, ca urmare a acestei mișcări, stabilitatea verticală apare chiar și atunci când crește cu raza cp. inducția de magneziu. câmp. Acceleratoare, construite pe acest principiu, numite. izocronice și C. Isochronous CUs funcționează la DC. frecvența câmpului de accelerare și, prin urmare, sunt capabile să producă curenți mari de particule accelerate. Schimbarea azimutală a magneziului. câmp, combinat cu radial, necesită un magnet. poli de formă complexă. Polii stelelor isocronice sunt de obicei compuse din mai multe. sectoare sau sunt furnizate cu crestături spiralate.
Ext. apariția unuia dintre lucrătorii moderni care lucrează la Institutul de Cercetări Nucleare este prezentată în Fig. 2. Poate accelera atât protonii cât și ionii (până la neon inclusiv). În exterior. Energia elicoidală a protonilor este de 35 MeV. Cp. curentul de protoni accelerați este de 30 tkA. Puterea fasciculului accelerat este
1 kW. Magnus. Jugul cântărește 300 de tone, greutatea bobinelor de excitație
70 t, diametrul magnetului. poli 150 cm, consum de energie de la rețea
180 kW. Dimensiunile totale ale lui Ts sunt 8 13 m 2 în plan și 4,5 m în înălțime.
Fig. 2. Aspectul ciclotron al Institutului de Cercetări Nucleare la 35 MeV de către protoni.