Паскаральнік зараджаных часціц

Від на паскаральны цэнтр Fermilab, ЗША. Тэватрон (кальцо на заднім плане) і кальцо-інжэктар

Паскара́льнікі зара́джаных часці́ц — устаноўкі для атрымання зараджаных часціц (электронаў, пратонаў, атамных ядраў, іонаў і інш.) высокіх энергій (больш за 1 МэВ) за кошт іх паскарэння ў электрычным полі.

У аснову работы паскаральніка закладзена ўзаемадзеянне зараджаных часціц з электрычным і магнітным палямі. Электрычнае поле здольна напрамую здзяйсняць работу над часціцай, гэта значыць павялічваць яе энергію. Магнітнае ж поле, ствараючы сілу Лорэнца, толькі адхіляе часціцу, не змяняючы яе энергіі, і задае арбіту, па якой рухаюцца часціцы.

Выкарыстоўваюцца для навуковых мэт (нараджэння новых часціц, атрымання штучных нуклідаў, вывучэння ядзерных рэакцый, для доследаў у радыебіялогіі, хіміі, фізіцы цвёрдага цела і інш.), а таксама ў металургіі (для дэфектаскапіі), дрэваапрацоўчай прамысловасці (для хуткай высакаякаснай апрацоўкі вырабаў), харчовай прамысловасці (для стэрылізацыі прадуктаў), медыцыне (для прамянёвай тэрапіі, «бяскроўнай хірургіі» і інш.).

Гісторыя

Штуршком да развіцця паскаральнікаў зараджаных часціц паслужылі даследаванні будовы атамнага ядра, якія патрабавалі патокаў зараджаных часціц высокай энергіі. Ужывальныя спачатку натуральныя крыніцы зараджаных часціц — радыеактыўныя элементы — былі абмежаваныя як па інтэнсіўнасці, так і па энергіі выпусканых часціц. З моманту ажыццяўлення першага штучнага ператварэння ядраў (1919г, Э. Рэзерфорд) з дапамогай патоку aльфа-часціц ад радыеактыўнага крыніцы пачаліся пошукі спосабаў атрымання пучкоў паскораных часціц.

У 1919—1932 гадах развіццё паскаральнікаў зараджаных часціц грунтавалася на атрыманні высокіх напружанняў і іх выкарыстанні для паскарэння зараджаных часціц.

У 1931 годзе быў створаны электрастатычны генератар (гл. генератар Ван-дэ-Граафа), у 1932 — каскадны генератар, што дазволіла атрымліваць патокі паскораных часціц з энергіяй да 10 МэВ.

У 1931—1944 гадах былі распрацаваны рэзанансныя метады паскарэння часціц, пры якіх паскораныя часціцы шматразова праходзілі паскаральны прамежак і набіралі энергію пры адносна невялікім паскаральным напружанні (гл. цыклатрон).

У 1940 годзе пабудаваны цыклічны індукцыйны паскаральнік электронаў — бэтатрон.

На пачатку 1950-х гадоў быў прапанаваны прынцып знаказменнай факусоўкі часціц (амерыканскія навукоўцы Н. Крыстофілос , 1950 г.; Э. Курант, М. Лівінгстан, Х. Снайдэр, 1952), істотна павысіць тэхнічны мяжа дасягальных энергій ў цыклічных і лінейных паскаральніках зараджаных часціц. У 1956 годзе Векслер апублікаваў працу, у якой была вылучана ідэя кагерэнтнага, або калектыўнага, метаду паскарэння часціц.

Сучасныя паскаральнікі

Сучасныя паскаральнікі, часам, з’яўляюцца велізарнымі дарагімі комплексамі, якія не можа дазволіць сабе нават буйная дзяржава.

Існуюць лінейны паскаральнік даўжынёй больш за 3 км, дзе электроны і пазітроны маюць энергію да 45 ГэВ (г. Станфард, ЗША); цыклічны паскаральнік з даўжынёй арбіты каля 27 км з энергіяй да 103 ГэВ (г. Жэнева, Швейцарыя); тэватрон паскарае пратоны і антыпратоны да энергіі 940 ГэВ (г. Батавія, ЗША).

Развіццё паскаральнікаў звязана з павелічэннем энергій паскораных часціц, нарошчваннем іх інтэнсіўнасці (сілы току ў пучку) і працягласці імпульсу паскоранага пучка. Распрацоўваюцца новыя і ўдасканальваюцца метады паскарэння, дзе выкарыстоўваюцца звышправодныя матэрыялы ў магнітах і паскаральных сістэмах, аўтаматычнае кіраванне, паскаральнікі з накапляльнымі кольцамі (гл. паскаральнік з сустрэчнымі пучкамі) і інш.

Класіфікацыя

Канструктыўна паскаральнікі можна прынцыпова падзяліць на дзве вялікія групы. Гэта лінейныя паскаральнікі, дзе пучок часціц аднакратна праходзіць паскаральныя прамежкі, і цыклічныя паскаральнікі, у якіх пучкі рухаюцца па замкнутых крывых (напрыклад, акружнасцях), праходзячы паскаральныя прамежкі па некалькі разоў.

Можна таксама класіфікаваць паскаральнікі па прызначэнні: калайдары, крыніцы нейтронаў, бустары, крыніцы сінхратроннага выпраменьвання, устаноўкі для тэрапіі раку, прамысловыя паскаральнікі.

Па механізме, які забяспечвае ўстойлівасць руху часціц у перпендыкулярных да арбіты кірунках (факусоўку), адрозніваюць паскаральнікі з аднастайнай факусоўкай, у які факусуюць сіла сталая ўздоўж траекторыі (прынамсі, па знаку), і паскаральнікі са знаказменнай факусоўкай, у які факусуюць сіла змяняе знак уздоўж траекторыі, т. ч. чаргуюцца ўчасткі факусоўкі і дэфакусоўкі. Ва ўжыванні да некаторых тыпах цыклічных паскаральнікаў (сынхроны і сінхрафазатрон) замест тэрмінаў «аднастайная» і «знаказменныя» факусоўка карыстаюцца тэрмінамі «слабая» і «моцная» («жорсткая») факусоўка.

Гл. таксама

• Фазатрон
• Сінхрафазатрон

Літаратура

• Паскаральнікі зараджаных часціц // Беларуская энцыклапедыя: У 18 т. Т. 12: Палікрат — Праметэй / Рэдкал.: Г. П. Пашкоў і інш. — Мн. : БелЭн, 2001. — Т. 12. — С. 163. — 10 000 экз. — ISBN 985-11-0035-8. — ISBN 985-11-0198-2 (т. 12).
• Комар Е. Г. Основы ускорительной техники. — М., 1975.
• Лебедев А. Н., Шальнов А. В. Основы физики и техники ускорителей. 2 изд. — М., 1991.
• Ананьев Л. М., Воробьёв А. А., Горбунов В. И. Индукционный ускоритель электронов — бетатрон. — Госатомиздат, 1961.
• Коломенский Д. Д., Лебедев А. Н. Теория циклических ускорителей. — М.: Физматгиз, 1962.
• A. Chao, M. Tigner, Handbook of Accelerator Physics and Engineering, 1999.

Спасылкі

• Ускорители заряженных частиц // Физическая энциклопедия.