Введение. Движение заряженных частиц в магнитном поле

Имеется способ ускорять частицы до высоких энергий, не устанавливая па их пути длинную цепь мощных уско­ряющих устройств: этот способ заключается в том, чтобы многократно возвращать частицу к одному и тому же такому устройству. По этому принципу построены все циклические ускорители — ускорители, в которых путь частицы во время ускорения сворачивается в спираль или в кольцо. Простейшим представителем таких уско­рителей является циклотрон.

Первый циклотрон был построен Лоуренсом в 1930 году. С тех пор в мире сооружены сотни циклотронов на самые разные энергии. Техника, которая применяется при их сооружении, конечно, за эти годы кардинально изменилась, по принцип работы остался прежним.

В циклотронах, как и во всех других циклических ускорителях, для многократного возвращения частиц к ускоряющему устройству используется магнитное поле. Магниты, применяемые для искривления траектории час­тиц, очень велики. Их вес у небольших циклотронов со­ставляв несколько десятков тонн, а у больших протонных синхротронов достигает десятков тысяч тонн. Такие маг­ниты дорого стоят л требуют огромных электрических мощностей для возбуждения магнитного поля, но это все- таки оказывается дешевле, чем иметь много высокочастот­ных генераторов.

Напишем несколько простых формул. Искривление траектории вызывается силой Лоренца, действующей на частицу со стороны магнитного поля. Эта сила, как из­вестно, равна

где е — заряд частицы, v — ее скорость,clip_image002а В — индукция магнитного поля (предполагается, что направление ско­рости v перпендикулярно В). Сила Лоренца перпендику­лярна как направлению магнитного поля, так и направ­лению скорости частицы. Она сообщает частицам центро­стремительное ускорение a=v^2/R, так что их движение происходит по кругу. Величина центростремительной силы F и радиус окружности, как известно, связаны меж­ду собой формулой

clip_image004

Приравнивая друг другу правые части формул (19) и (20), получимclip_image006

илиclip_image008

где p=mv — импульс частицы. Если понимать под т ре­лятивистскую массу частицы,

Страница 1 of 612...Last »