Ускорители, использующие постоянное — или почти постоянное — электрическое поле, называются ускорителями прямого действия. Энергия, которую в таких ускорителях приобретают частицы, равна их заряду, умноженному на пройденную разность потенциалов. Постоянные электрические поля используются для ускорения электронов в очень многих приборах, в том числе в кинескопах телевизионных приемников и в рентгеновых трубках. В этих простых приборах ускорение электронов производится с той же целью, что и в более крупных установках: для генерации новых частиц. В кинескопах генерируются фотоны видимого света, а в рентгеновых трубках — фотоны с энергиями, лежащими в киловольтом диапазоне. Кинескопы и рентгеновы трубки являются поэтому ускорителями прямого действия в самом буквальном смысле этого слова, хотя их так никогда и не называют.
Для получения больших энергий ускорители прямого действия не применяют, так как этому мешают электрические пробои. Удержать без пробоя напряжение в несколько сот киловольт уже непросто, при напряжениях около миллиона вольт – очень трудно, а при 10-15 мега- вольтах — почти невозможно. Чтобы продвинуться дальше, нужно применять специальные хитрости, ускоряя частицы до высоких энергий с помощью небольших разностей потенциалов. О таких ускорителях речь пойдет впереди.
Рассмотрим движение частиц в ускорителе прямого действия. На рис. 1 изображено устройство примитивной ускорительной трубки. Ускорение частиц происходит в откачанном пространстве внутри ускорительной трубки, сделанной из хорошего диэлектрика, например, из фарфора. Сверху и снизу трубка закрыта металлическими крышками, между которыми создается большая разность потенциалов. Частицы вводятся в трубку и выводятся из нее через специальные отверстия. Выпускное отверстие чаще всего закрывают тонкой металлической фольгой, через которую могут проходить ускоренные частицы. Источник частиц (он на рисунке не показан) нельзя отделять от трубки, так как медленные частицы, выходящие из источника, ни через какую фольгу пройти не могут. Крышка, через которую выводятся частицы, должна быть заземлена. Только в этом случае выпущенные через нее в лабораторию частицы не меняют своей энергии, проходя через заземленные экспериментальные установки. Источник частиц находится, следовательно, под высоким напряжением.
Трубки, устроенные так, как это изображено на рис. 1, в ускорителях на большие энергии применения не находят, и притом сразу по двум причинам.
Рис. 1. Упрощенная схема устройства
