Большая Советская Энциклопедия (УС)

Большая Советская Энциклопедия

Лит.: Kerst D. W., Properties of an intersectingbeam accelerating system, CERN Symposium, v. I, Gen., 1956, p. 36; Будкер Г. И., Наумов А. А. и др., Работы по встречным электрон-электронным, позитрон-электронным и протон-протонным пучкам в Институте ядерной физики СО АН СССР, в кн.: Труды Международной конференции по ускорителям. Дубна. 1963, М., 1964, с. 274–87; Jonsen К. [а. о.], Some problems connected with the use of intersecting proton storage rings, там же, с. 312–25; Будкер Г. И., Ускорители и встречные пучки, в кн.: Труды VII Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий, т. 1, Ер., 1970, с. 33; Труды IV Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Москва. 1974, М., 1975, т. 2, с. 300–318.

В. П. Дмитриевский.

Рис. 1.

Схема ускорителя на встречных электрон-позиторонных пучках. Пучок ускоренных в синхротороне С электронов (е^– ) выводится по каналу 1 и попадает на мишень М, в которой рождаются позитроны (е⁺ ). В течение некоторого времени позитроны накапливаются в накопительном кольце НК, после чего включаются поворотные магниты ПМ, с помощью которых электронный пучок из С направляется по каналу 2 в НК навстречу позитронам, и происходит столкновение пучков е⁺ е^– (КЛ — фокусирующие магнитные квадрупольные линзы).

Рис. 2. а — схема расположения синхрофазотрона (СФ) и двух пересекающихся накопительных колец НК, в которых происходят протон-протонные столкновения (установка в ЦЕРНе); 1—8 — места пересечения колец; стрелки указывают направление движения протонов (р); K₁ , K₂ — каналы для ввода протонов в НК (в бустере производится предварительное ускорение протонов; в НК протоны дополнительно ускоряются до 31,4 Гэв ). б — деталь пересечения пучков протонов между сечениями AA'; 1 — элементы структуры магнита, фокусирующего пучки протонов.

Ускоритель высоковольтный

Ускори'тель высоково'льтный, устройство для ускорения заряженных частиц электрическим полем, неизменным или слабо меняющимся в течение всего времени ускорения частиц. Основные элементы У. в. – высоковольтный генератор, источник заряженных частиц и система, предназначенная для ускорения частиц (рис. 1 ). Напряжение, получаемое от высоковольтного генератора, подаётся на электроды ускоряющей системы и создаёт внутри этой системы электрическое поле. Заряженные частицы из источника ускоряются этим полем до энергии Е = enu эв, где e – элементарный электрический заряд, n – число элементарных зарядов ускоряемой частицы, u – напряжение (в в ) высоковольтного генератора. Давление внутри ускоряющей системы не должно превышать 10^{– 4} –10^{– 5} мм рт. ст., т.к. иначе происходит значительное рассеяние ускоряемых частиц на молекулах газа.

Важное преимущество У. в. по сравнению с др. типами ускорителей – возможность получения малого разброса по энергии частиц, ускоряемых в постоянном во времени и однородном электрическом поле. С помощью У. в. легко может быть достигнут относительный разброс энергии ~ 10^{– 4}, а у отдельных ускорителей 10^{– 5}– 10^{– 6}. Благодаря этому У. в. нашли широкое применение при исследованиях в атомной и ядерной физике. Др. преимущество У. в. – возможность создания установок с большой мощностью и высоким кпд, что весьма важно при использовании ускорителей в прикладных целях.

Виды У. в. В зависимости от типа используемого высоковольтного генератора различают электростатические, каскадные, трансформаторные и импульсные У. в.

1) В электростатическом ускорителе (ЭСУ) напряжение создаётся электростатическим генератором – генератором, основанным на переносе зарядов механическим транспортёром. Генератор с гибким транспортёром из диэлектрической

ленты называется генератором Ван-де-Граафа (рис. 2 ). Электрические заряды наносятся на поверхность движущегося транспортёра зарядным устройством, состоящим из системы игл и плоского электрода, между которыми создаётся коронный разряд . Затем заряды переносятся к высоковольтному электроду, где при помощи др. аналогичного устройства они снимаются, а вместо них на поверхность транспортёра наносятся заряды противоположного знака, снимаемые первым устройством. Существуют также генераторы с транспортёром в виде жёсткого диэлектрического ротора (роторные электростатические генераторы). С 1960-х гг. в некоторых ЭСУ используется цепной транспортёр с металлическими электродами, соединёнными между собой диэлектрическими звеньями (т. н. пеллетрон), преимущества которого – высокая стабильность зарядного тока, большой срок службы, высокий кпд. Наибольшее напряжение, полученное с иомощью электростатических генераторов, составляет около 20 Мв ; проектируются установки на напряжение до 30 Ме.

2) В каскадном ускорителе источником напряжения служит каскадный генератор, преобразующий низкое переменное напряжение в высокое постоянное путём последовательного включения постоянных напряжений, получаемых в отдельных каскадах схемы. Существует несколько схем каскадных генераторов, среди которых наиболее известен генератор Кокрофта – Уолтона с последовательным питанием каскадов (см. Каскадный генератор ). В 60-х гг. получили распространение каскадные генераторы с параллельным питанием каскадов: динамитрон, генераторы с индуктивнои связью каскадов с источником питания (рис. 3 ); их преимущество – равномерное распределение напряжения по каскадам, а недостаток – необходимость изоляции каскадов на полное рабочее напряжение установки. Современные каскадные генераторы позволяют получать напряжение до 4 Ме при мощности установок в несколько десятков квт.

3) В трансформаторных ускорителях генератором высокого напряжения является высоковольтный трансформатор, питаемый синусоидальным напряжением. Ускоряющая система таких ускорителей имеет устройство отсечки, обеспечивающее прохождение пучка ускоряемых частиц лишь в те моменты, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет нужную полярность и близко к максимуму. Этим достигается достаточно малый разброс энергии ускоряемых частиц. Высоковольтный трансформатор практически не имеет ограничений по мощности и является наиболее перспективным типом генератора для мощных и сверхмощных У. в. с энергией ускоренных частиц до 2–3 Мэв.

4) В импульсных ускорителях источником напряжения служат импульсные трансформаторы различных типов (например, Тесла трансформатор ), а также ёмкостные генераторы импульсного напряжения. В последних большое число конденсаторов заряжается параллельно от общего источника, затем при помощи разрядников осуществляется их переключение на последовательное, и на нагрузке возникает импульс напряжения с амплитудой до нескольких Мв.

Линейные размеры У. в. определяются напряжением высоковольтного генератора и электрической прочностью его изоляции и ускоряющей системы. Ввиду малой электрической прочности воздуха при атмосферном давлении сооружение У. в. открытого типа с энергией свыше 1 Мэв обычно нецелесообразно. Ускорители на большую энергию размещаются в герметичных сосудах, заполненных газом при давлении, в 5–15 раз превышающем атмосферное. Это значительно уменьшает размеры ускорителей и снижает стоимость их сооружения. Особенно эффективно применение электроотрицательных газов (фреона и шестифтористой серы), а также их смесей с азотом и углекислотой. Импульсные ускорители с той же целью размещают внутри сосудов с жидким диэлектриком (трансформаторным маслом или дистиллированной водой).