Синхротронное излучение. Ускорительное кольцо LEP

ускори­телях. Это нетрудно понять. Механизм этого сжатия свя­зан с тем, что синхротронное излучение заключено в уз­ком конусе, окружающем вектор скорости электрона. Угол при вершине конуса по порядку величины равен m₀c^2/E, т. е. при высоких энергиях ничтожно мал.

Рассмотрим частицу, движущуюся под углом к равповесной траектории (рис. 38). Ее излучение направлено, практически, по скорости. При излучении частица испы­тывает торможение, направленное против скорости. Это торможение представлено на рис. 38 вектором F. Разло­жим F па составляющие: F, — вдоль равновесной траекто­рии и F_x — перпендикулярную этой траектории. Тормо­жение F, у всех частиц практически одно и то же (на­поминаем, что косинус небольших углов очень близок к единице). Потери энергии, связанные с F, компенси­руются ускоряющими станциями. Действие F_x ничем не компенсируется. Легко видеть, что эта сила приближает траекторию частицы к равновесной траектории. Итак, действие синхротронного излучения аналогично трению, теорема Лиувилля при этом не работает и сечение элек­тронного пучка само собой уменьшается. Предел этому уменьшению кладет кванто­вый характер излучения. Из­лучаемая энергия состоит из некоторого количества «впол­не весомых» квантов. Тол­чок, происходящий при ис­пускании каждого кванта, направлен, как и полагается, против скорости, но может оказаться слишком слабым или слишком сильным. Кро­ме того, как уже говорилось, излучение происходит не точ­но в направлении, противо­положном скорости, а в некотором конусе, окружающем этот вектор. Так что толчок может быть и «пе совсем туда». В силу квантового характера излучения пучок рас­качивается. Окончательный размер пучка определяется двумя указанными причинами — его сжатием и его . рас­качкой.

Радиационное сжатие электронных пучков резко упро­щает сооружение накопительных колец. В мире сейчас работает около десяти электронных и позитронных колец (из них 3 —в Институте ядерной физики Сибирского от­деления Академии наук) и всего одно протонное кольцо — кольцо ISR в ЦЕРНе (Женева).

Рис. 38. «Самостягивание» электронного пучка в коль­цевом ускорителе.

Говоря о синхротронном излучении, нельзя не упомя­нуть о том, что само оно — при надлежащем использова­нии — может оказаться интересным орудием исследова­ния. Благодаря синхротронному излучению накопитель­ные кольца являются мощными источниками электромаг­нитных волн в диапазоне частот, который до сих пор мало изучен —от мягкого рентгеновского диапазона до вакуумного ультрафиолета, т. е, до той