Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
4°. Если в камеру D вводится электрон так, что его скорость V направлена по касательной к окружности — к линии напряженности электрического поля,— то на электрон действует сила (—еЕ), направленная по касательной к линии напряженности противоположно направлению вектора Е. За п оборотов по окружности радиуса г электрон
Рис. VI.4.10
4.16. УСКОРИТЕЛИ
503
приобретает кинетическую энергию, равную 2пгеЕп. Обычно в бетатроне электрон до выпуска из камеры D проходит путь в тысячи километров. В бетатроне принимаются особые меры для того, чтобы электрон находился все время на одной орбите, лежащей в плоскости, указанной в п. 3° *).
Пример. Равномерное изменение магнитного поля таково, что при однократном обходе окружности с радиусом г=0,4 м электрон приобретает энергию 20 эВ. Тогда за время 8,45 • W-3 с электрон пройдет путь в 2520 км, сделает 10е оборотов и приобретет энергию, равную 20 МэВ.
5°. Резонасные циклические ускорители применяются для ускорения протонов, дейтронов и многозарядных ионов атомов различных химических элементов. Ускоряемая частица многократно проходит через переменное электрическое поле по замкнутой траектории, каждый раз увеличивая свою энергию. Для управления движением частиц и периодического возвращения их в область ускоряющего электрического поля применяется сильное поперечное магнитное поле. Простейшим резонансным ускорителем является циклотрон, схема устройства которого показана на рис. VI.4.11. Циклотрон состоит из двух металлических дуантов M и N, которые представляют собой две половины невысокой тонкостенной цилиндрической коробки, разделенные узкой щелью D. Дуанты заключены в замкнутую вакууми-рованную камеру А, помещенную между полюсами сильного электромагнита. Индукция магнитного поля направлена перпендикулярно к плоскости чертежа. Электроды тип соединяют дуанты с электрическим генератором, который создает в щели D переменное электрическое поле.
6°. Заряженная частица, введенная в щель D, ускоряется электрическим полем. Пусть, например, в точку С введен положительный ион в тот момент, когда электрическое поле максимально и напряженность его направлена снизу вверх. Ион под действием электрического поля бу-
*) Условия стабильности орбиты электрона и устойчивости электрона на орбите не рассматриваются в данном справочном руководстве.
Рис. VI.4.Il
504 отдел VI. гл. 5. элементарные частицы
дет двигаться в щели снизу вверх равноускоренно. В металлических дуантах M и N электрическое поле отсутствует. Внутри дуанта M ион под действием магнитного поля описывает полуокружность определенного радиуса (111.4.5.2°). В момент, когда частица подойдет в точке S к щели, направление напряженности электрического поля изменится на противоположное, и частица в зазоре будет ускоряться, двигаясь сверху вниз, в дуант N. В дуанте N ион опишет полуокружность уже большего радиуса, соответствующего возросшей скорости частицы. К моменту выхода частицы из дуанта N в точке G напряженность электрического поля снова изменит свое направление и будет ускорять ион снизу вверх. В результате многократного ускорения иона он будет двигаться по раскручивающей спирали, и электрическое поле сообщит ему большую кинетическую энергию.
7°. Для непрерывного ускорения частицы в циклотроне необходимо синхронизировать движение частицы в магнитном поле и изменение электрического поля в щели. Условия синхронизма в циклотроне:
T9 = T,
где T0 — период колебаний электрического поля, T — период обращения частицы в магнитном поле, не зависящий от скорости частицы и радиуса окружности (III.4.5.3): T'=(2л/В) (m/q), где В — индукция магнитного поля, qlm — удельный заряд частицы (III.4.6.Г).
В современных ускорителях резонансного типа с помощью специально подобранных законов изменения магнитного и электрического полей (синхрофазотроны) удается достигнуть весьма большой энергии ускоряемых заряженных частиц. Например, протонам в Серпуховском ускорителе (СССР) сообщается энергия, превышающая запланированную 76 ГэВ.
Глава 5
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
5.1. Общие сведения об элементарных частицах
1°. В настоящее время элементарными частицами именуют большую группу мельчайших материальных объектов, не являющихся атомами или атомными ядрами (за исключением протона — ядра атома водорода). Элементарные
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦАХ 505
частицы не обязаны быть бесструктурными образованиями. Требуется лишь, чтобы при соударениях они не могли дробиться на другие частицы, энергия связи каждой из которых гораздо меньше ее собственной энергии. Элементарные частицы иногда называют субъядерными частицами, физики обычно предпочитают говорить просто о «частицах».
Современная физика элементарных частиц устанавливает их характеристики, проводит классификацию частиц, изучает свойства фундаментальных взаимодействий и анализирует превращения частиц, вызываемые этими взаимодействиями. В последнее время интенсивно исследуется внутренняя структура элементарных частиц. Многие интересные особенности их поведения, в том числе и структура, проявляются только при достаточно больших энергиях. Поэтому современная физика элементарных частиц называется также физикой высоких энергий.
