Несколько слов о частицах, используемых для ускорения

Начнем с обсуждения некоторых свойств электронов и протонов — частиц, которые чаще всего используются для ускорения. Проще всего иметь дело с электронами. Источниками электронов обычно служат накаливаемые током катоды, покрытые слоем окислов, уменьшающих работу выхода электронов. Если нужны большие токи, электроны можно отсасывать из плазмы газового разряда. Не представляет труда получать токи в сотни и даже в сотни тысяч ампер, поскольку эмиссионная способность катодов и плазмы очень велика.

Даже в незначительных полях электроны приобретают очень большие скорости. Уже при энергии 100 электрон- вольт скорость электронов равна 0,02 от скорости света, а при энергии 15 килоэлектронвольт (такую энергию име­ют электроны в электроннолучевых трубках телевизоров) она достигает 1/4 от скорости света. При энергии 3 мега- вольта скорость электронов отличается от скорости света меньше, чем на 1,5%, и при дальнейшем ускорении поч­ти не меняется.

Проходя через вещество, электроны активно взаимо­действуют с электронными оболочками и с ядрами встреч­ных атомов. Взаимодействие с электронами ведет к иони­зации атомов и, следовательно, к замедлению электрон­ного пучка. Другим важным механизмом, приводящим к потере энергии, является излучение. Электроны излу­чают электромагнитную энергию в результате резкого торможения, которое они испытывают, приближаясь к атомным ядрам, В результате такого излучения генери­руются рентгеновы лучи в рентгеновых трубках. Электро­ны излучают также, двигаясь в магнитном поле. Это из­лучение при высоких энергиях электронов (гигаэлектронвольты) и при малых радиусах траектории в магнитном поле становится столь сильным, что превращается в на­стоящее бедствие.

Родные братья электронов — позитроны — на Земле в свободном виде не встречаются. Они имеют ту же массу, что электроны, равный, но противоположный но знаку, электрический заряд. Встречаясь с электронами, позитроны аннигилируют. При этом электрон и позитрон исче­зают, а их энергия — включая энергию покоя 2mс2 — передается гамма-квантам, рождающимся в процессе ан­нигиляции. Позитроны часто используют в ускорителях, но прежде чем ускорять, их надо сделать.

Большое число ускорителей построено для ускорения протонов. Протоны положительно заряжены и, грубо го­воря, в 2000 раз тяжелее электронов. Проходя через ве­щество, они теряют энергию на ионизацию атомов и рас­сеиваются при столкновении с ядрами. Однако вследствие своей большой массы протоны почти не излучают элек­тромагнитных волн. Это объясняется тем, что для излуче­ния существенно ускорение (точнее говоря, квадрат уско­рения), которое испытывает заряженная частица. При тех же силах ускорение протонов в тысячи раз, а излу­чение — в миллионы раз слабее,

Страница 1 of 212