Материал: l_02

Линейные

Линейные

ускорители

ускорители

В

линейных

ускорителях

частица

подвергается

многократному

ускорению

, 

пролетая

сквозь

ряд

цилиндрических

трубок

, 

присоединенных

к

электрическому

генератору

высокой

частоты

  (

используют

радиочастотные

генераторы

). 

Пучок

частиц

направлен

вдоль

оси

трубок

.

Внутри

каждой

трубки

электрическое

поле

равно

нулю

.

Соседние

трубки

имеют

противоположную

полярность

.

Ускоряющее

поле

высокой

частоты

с

напряжением

порядка

сотен

кВ

находится

в

зазорах

между

трубками

. 

Частота

генератора

и

размеры

трубок

подбираются

так

, 

чтобы

сгусток

ускоряемых

частиц

подходил

к

очередному

зазору

в

тот

момент

, 

когда

ускоряющее

поле

имеет

нужную

величину

и

полярность

. 

Длина

трубки

l

, 

скорость

частицы

v

и

период

высокочастотного

поля

T

связаны

соотношением

1

2

l

vT

=

Так

как

скорость

частицы

увеличивается

при

прохождении

очередного

ускоряющего

промежутка

, 

длины

ускоряющих

трубок

также

должны

соответственно

возрастать

.

Линейные

ускорители

на

большие

энергии

строят

в

основном

для

электронов

, 

так

как

при

энергиях

от

нескольких

ГэВ

и

выше

ускорение

электронов

в

циклических

ускорителях

крайне

затрудняется

потерями

на

синхротронное

излучение

,

которое

возникает

при

движении

частицы

по

криволинейной

траектории

.

Для

достижения

высоких

энергий

строят

линейные

ускорители

большой

длины

. 

Линейный

ускоритель

 SLAC

(

США

) 

имеет

длину

около

 3 

км

и

ускоряет

электроны

и

позитроны

до

энергии

 50 

ГэВ

. 

Для

достижения

такой

энергии

частицы

проходят

около

 80 000 

ускоряющих

промежутков

.

Ускоритель

работает

в

режиме

коллайдера

: 

пучок

электронов

с

энергией

 50 

ГэВ

сталкивается

с

пучком

позитронов

такой

же

энергии

.

Автофазировка

Автофазировка

Явление

автофазировки

, 

лежащее

в

основе

действия

резонансных

ускорителей

заряженных

частиц

,

было

открыто

в

 1944 

г

. 

В

. 

Векслером

и

Э

. 

Макмилланом

.

Состоит

оно

в

следующем

. 

В

резонансном

циклическом

ускорителе

с

однородным

магнитным

полем

В

период

обращения

Т

, 

релятивистская

энергия

Е

и

заряд

z 

частицы

связаны

соотношением

2

E

T

zcB

π

=

C 

увеличением

энергии

частицы

Е

период

обращения

Т

также

увеличивается

.  

На

рисунке

показана

зависимость

напряжения

ускоряющего

поля

V 

от

времени

. 

Обозначим

равновесную

фазу

φ

0

. 

Тогда

, 

пролетая

ускоряющий

зазор

в

фазе

поля

φ

0

,

частица

приобретает

энергию

zV

cos 

φ

0

, 

т

.

е

. 

частица

, 

которая

будет

пролетать

ускоряющий

промежуток

в

фазе

φ

0,

будет

двигаться

в

резонансе

с

ускоряющим

напряжением

. 

Если

частица

пролетает

ускоряющий

промежуток

в

фазе

φ

2

, 

прирост

её

энергии

zV

cos 

φ

2

будет

меньше

, 

чем

у

равновесной

частицы

и

,

следовательно

, 

период

обращения

Т

станет

меньше

равновесного

и

поэтому

к

следующему

ускоряющему

промежутку

она

придёт

раньше

, 

т

.

е

. 

её

фаза

приблизится

к

равновесной

.  

Автофазировка

Автофазировка

Аналогичная

ситуация

имеет

место

и

для

частицы

, 

пролетающей

ускоряющий

зазор

в

фазе

φ

1

. 

В

этом

случае

отстающая

по

фазе

частица

приобретёт

большую

энергию

zV

cos 

φ

1 

и

поэтому

к

следующему

ускоряющему

промежутку

она

придёт

несколько

позже

. 

Т

.

е

. 

в

процессе

ускорения

период

обращения

частицы

и

момент

прохождения

ею

ускоряющего

промежутка

будут

колебаться

вокруг

равновесного

значения

фазы

φ

0, 

т

.

е

. 

частица

сама

выбирает

определённую

фазу

прохождения

ускоряющего

зазора

.

Отсюда

и

название

этого

явления

  —

автофазировка

. 

УСКОРИТЕЛЬ

(

Центр

, 

Страна

) 

Годы

работы

Уско

- 

ряемые

частицы

Наибольшие

энергии

Светимость

, 

см

−

2

сек

−

1

Периметр

или

длина

ВЭПП

-2000 

(

Новосибирск

) 

с

 2005 

е

+

е

−

1.0 

ГэВ

10

32

24 

м

ВЭПП

-4

М

(

Новосибирск

) 

с

 1994 

е

+

е

−

6 

ГэВ

2

⋅

10

31

366 

м

ВЕРС

-

П

(

Китай

) 

с

 2007 

е

+

е

−

1.89 

ГэВ

10

33

238 

м

КЕКВ

(

Япония

) 

с

 1999 

е

+

е

−

3.5

×

8 

ГэВ

1.1

⋅

10

34

3.0 

км

РЕР

-

П

(SLAC, 

США

) 

с

 1999 

е

+

е

−

3.1

×

9.0 

ГэВ

6.8

⋅

10

33

2.2 

км

SLC 

(SLAC, 

США

) 

1989- 

1998 

е

+

е

−

50 

ГэВ

2.5

⋅

10

30

2.92 

км

LEP 

(CERN) 

1989- 

2000 

е

+

е

−

101 

ГэВ

10

32

26.7 

км

HERA 

(DESY, 

Германия

) 

с

 1992 

е

−

р

30

×

920 

ГэВ

0.75

⋅

10

32

6.3 

км

SppS

(CERN) 

1981- 

1990 

рр

315

×

315 

ГэВ

6

⋅

10

30

6.9 

км

TEVATRON 

(Fermilab, 

США

) 

с

 1987 

рр

980 

ГэВ

0.5

⋅

10

32

6.3 

км

RHIC 

(Brookhaven, 

США

) 

с

 2000 

Au

×

Au

100 

ГэВ

/

нуклон

4

⋅

10

26

3.8 

км

L

НС

(CERN) 

с

 2007 

с

 2008 

рр

Pb

×

Pb 

7 

ТэВ

2.76 

ТэВ

/

нукл

10

33 

10

27 

26.7 

км

Ускорители

Ускорители

на

на

встречных

встречных

пучках

пучках

(

(

коллайдеры

коллайдеры

)

)

В

SLAC 

были

открыты

c-

кварк

и

τ

-

лептон

SLAC 

SLAC 

–

–

Stanford Linear Accelerator Center

Stanford Linear Accelerator Center

http://www.slac.stanford.edu/