Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Циклические ускорители, удовлетворяющие указанным ус-! ловиям, называются ускорителями с мягкой фокусировкой$
§ III.11.4. УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
315
Масса электромагнита такого ускорителя растет приблизительно пропорционально кубу наибольшей энергии Wwaicc, приобретаемой частицами в этом ускорителе.
12°. Для получения частиц с очень большой энергией Wmbkc синхротроны и синхрофазотроны с мягкой фокусировкой экономически невыгодны. В этих случаях применяются ускорители с жесткой фокусировкой. В этих ускорителях вдоль почти круговой орбиты ускоряемой частицы располагаются попеременно магнитные секции двух типов. В одном типе секций магнитное поле изменяется по закону п. 11°, где п намного меньше 0 (например, п = -100), в другом типе секций я » 1. Секции первого типа обеспечивают радиальную фокусировку пучка ускоряемых частиц, секции второго типа — вертикальную фокусировку пучка. Жесткая фокусировка позволяет существенно уменьшить поперечное сечение вакуумной камеры ускорителя, массу электромагнита и стоимость всей установки.
13°. Частицы высокой энергии широко применяются в ядерной физике и физике элементарных частиц для осуществления различных ядерных реакций (VIII. 1.9.1°). Из законов сохранения энергии (1.5.7.2°) и импульса (1.2.7.1°) следует, что при бомбардировке неподвижной мишени доля кинетической энергии Wk налетающей частицы, используемая в ядерной реакции, убывает по мере увеличения Wk. Поэтому несравненно энергетически выгоднее метод встречных пучков, в котором мишень движется с большой скоростью навстречу бомбардирующим частицам. В методе встречных пучков уменьшается суммарный импульс сталкивающихся частиц («снаряда» и «мишени») и возрастает доля полезно используемой энергии частиц. Например, в ускорителе со встречными протон-протонными пучками, в каждом из которых энергия протона равна 26 ГэВ (Wk ~ 25 ГэВ), суммарный импульс двух сталкивающихся протонов равен нулю. Следовательно, энергия столкновения таких протонов равна примерно 50 ГэВ. Такую же энергию столкновения можно получить при бомбардировке неподвижной водородной мишени пучком протонов с энергией порядка 1400 ГэВ.
316
ГЛ. ПІ.12. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
Глава III. 12 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
§ III. 12.1. Магнитные моменты электронов и атомов
1°. Различные среды при рассмотрении их магнитных свойств называют магнетиками. Все тела при внесении их во внешнее магнитное поле намагничиваются в той или иной степени, т. е. создают собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее поле. Магнитные свойства вещества определяются магнитными свойствами электронов и атомов1. По своим магнитным свойствам магнетики подразделяются на три основные группы: диамагнетики (111.12.3.2°), парамагнетики (111.12.3.5°) и ферромагнетики (111.12.5.1°).
2°. Электрон, движущийся по орбите в атоме (VI.2.1.9°), эквивалентен замкнутому контуру с орбитальным током I = ev, где е — абсолютная величина заряда электрона, v — частота его обращения по орбите. Согласно (111.10.4.3-°) орбитальному току соответствует орбитальный магнитный момент электрона
где S — площадь орбиты, п — единичный вектор нормали к плоскости орбиты, с — электродинамическая постоянная (IX).
Электрон, движущийся по орбите, имеет орбитальный момент импульса Le (1.4.1.4°), который противоположен по направлению вектору рт орбитального магнитного момента электрона (рис. III.12.1) и связан с ним соотношением
Pm = ISn (в СИ)> Pm = ^ISn (в СГС)
Pm = YLe*
Коэффициент пропорциональности у называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов и равен
Т —? (в СИ),
Рис. 111.12.1
где т — масса электрона.
1 О магнитных свойствах атомных ядер см. VIII. 1.1.6°.
§ III.12.1. МАГНИТНЫЕ МОМЕНТЫ ЭЛЕКТРОНОВ И АТОМОВ
317
3°. Электрон обладает собственным моментом импульса Les, который называется спином электрона. Модуль спина электрона равен
- V§A _ Уз
es~ 2 2п ~ 2 '
где h — постоянная Планка (IX), ft = h/2n.
Проекция спина электрона на направление вектора. В индукции магнитного поля, в котором находится электрон, может принимать только одно из следующих двух значений:
L
^esB - 2 '
Примечание. При этом несущественно, является ли это магнитное поле внешним, например созданным проводниками с током, или внутренним магнитным полем самого вещества (111.12.4.1°).
4°. Спину электрона Les соответствует спиновый магнитный момент электрона pms, пропорциональный спину и направленный в противоположную сторону:
Pms Ys^ms"
Величина Ys называется гиромагнитным отношением спиновых моментов и равна
У.--^(вСИ).
*¦—s; <вСГС>-
Проекция спинового магнитного момента электрона на направление вектора В индукции магнитного поля может принимать только одно из следующих двух значений:
pfi
PmsB = ±2^ =±Нб(вСИ),
PmsB = і 2 тс = (в СГС)» где цБ — магнетон Бора (IX).
SI 8
ГЛ. III.12. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
5°. Орбитальным магнитным моментом Pm атома называется геометрическая сумма орбитальных магнитных моментов всех электронов атома
