Введение. Движение заряженных частиц в магнитном поле

рав­на частоте ускоряющего поля; его участки, соответствую­щие правильному — ускоряющему — направлению электри­ческого ноля, заполнены частицами.

На фото рис. 14 изображен циклотрон, работающий в физико-энергетическом институте (г. Обнинск).

Обратимся к подводным камням, которые пока ускольз­нули от нашего внимания. Первое затруднение связано с релятивистским возрастанием массы ускоряемых частиц. Заменять т на то можно только при небольших энергиях. Формула (22) показывает, что с увеличением скорости частиц их масса непрерывно растет. Согласно (27) при постоянном В возрастает период обращения частиц, и ча­стота, нужная для ускорения частиц в начале пути, вскоре неминуемо оказывается слишком высокой. На первый взгляд, дело обстоит вовсе не так уж плохо. Достаточно устроить магнитное поле так, чтобы с ростом радиуса оно тоже возрастало. Тогда, по мере ускорения, будут расти как масса частицы, так и величина поля, и частота будет оставаться неизменной.

На самом деле, однако, этот путь закрыт. Оказывает­ся, что увеличивающиеся к периферии магнитные поля нельзя использовать для ускорения, потому что движение частиц в таких полях неустойчиво — все они разбрасы­ваются по направлению к крышкам вакуумной камеры и быстро теряются. Это утверждение очень важно и за­служивает специального рассмотрения. Мы этим скоро займемся. А пока примем на веру, что движение частиц в циклотроне может происходить успешно только в том случае, если магнитное поле к периферии не возрастает, а падает. Падение поля приводит к увеличению периода обращения частиц и без релятивистских эффектов; по­следние только ухудшают и без того трудное положение. Практический предел, до которого можно ускорять прото­ны в циклотронах, составляет около 20 МэВ.

Если нужно построить циклический ускоритель, спо­собный ускорять протоны до энергии больше 20 МэВ, можно идти двумя путями. Можно принимать специаль­ные меры, позволяющие обеспечить устойчивость движе­ния частиц в растущем магнитном поле, или приходится отказаться от постоянства частоты ускоряющего напря­жения. Первый путь, конечно, является более прогрес­сивным, но он очень труден и был разработан только в последние годы. Мы вернемся к этому вопросу, когда поведем речь об изохронных циклотронах. Второй путь был очевиден с самого начала: но мере ускорения частиц нужно уменьшать частоту ускоряющего поля.

Итак, откажемся от ускоряющего поля с постоянной частотой. Сосредоточим свое внимание па группе частиц, которые занимают в вакуумной камере несколько витков раскручивающейся спирали. По мере ускорения частота их обращения падает. Снизим, соответственно, частоту ускоряющего поля. Это позволит продолжить ускорение наших частиц, но сделает невозможным ускорение

Страница 5 of 6« First...56