Введение. Ускорительные трубки

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.

clip_image002

Рис. 1. Упрощенная схе­ма устройства

Страница 1 of 212