Бетатроны

 

Для ускорения электронов до энергий, лежащих в диа­пазоне от одного до нескольких десятков МэВ, часто при­меняют бетатроны — небольшие ускорители, не содержа­щие ускоряющих промежутков. Схема устройства бета­трона изображена на рис. 17.

Вакуумная камера бетатрона имеет форму пустотелой баранки (тора). В этой камере электроны ускоряются

clip_image002

Рис. 17. Схема устройства бетатрона.

описывая кольцевые траектории, расположенные вблизи от середины камеры. Траектория электронов изгибается в кольцо «ведущим» магнитным полем, возбуждаемым меж­ду полюсами электромагнита. По мере ускорения элек­тронов ведущее поле увеличивается, так что радиус орбиты не меняется.

Электроны ускоряются вихревым электрическим полем, которое возникает из-за того, что во время ускорения увеличивается поток магнитной индукции, проходящий через сердечник магнитного ярма, который расположен по оси ускорителя. Соотношение между потоком, прохо­дящим через сердечник, и ведущим полем подбирается

так, чтобы импульс электронов и величина этого поля на­ходились в правильном соотношении друг к другу.

Для возбуждения поля служат катушки, питаемые электрическим током. На рис. 17 изображены 3 такие катушки — внутренняя катушка и две наружные — верх­няя и нижняя. Число катушек зависит от конструкции бетатрона. Верхняя и нижняя катушки всегда соединя­ются последовательно, чтобы не создавать в поле ненужной асимметрии, так что в распоряжении эксперимента­тора имеется 2 тока. Для того, чтобы ускорять электроны, удерживая их вблизи середины вакуумной камеры, этого достаточно.

Напишем несколько простых формул. Обозначим че­рез R радиус окружности, описываемой электронами в ведущем магнитном поле. Величина ускоряющего вихре­вого электрического поля связана со скоростью изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту окружность, формулойclip_image004

где АФ — изменение потока Ф за время At. Сила, дей­ствующая на электрон, равна (мы опустим не представ­ляющий для нас сейчас интереса знак минус)

Умножим наше равенство наclip_image006At и заметим, что произве­дение FAt представляет собой приращение импульса силы, ускоряющей электрон; оно равно, следовательно, прира­щению его импульса

Если в

Страница 1 of 212