Ускорители заряженных частиц

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 10Следующая ⇒

Для лабораторных исследований в области ядерной физики, а также для промышленных установок и электроракетных двигателей нашли применения направленные пучки заряженных частиц (электронов, протонов, ионов разных элементов), обладающих кинетической энергией от нескольких сотен эВ до десятков ГэВ.

По форме траектории ускоряемых частиц все ускорители можно разделить на две основные группы: линейные ускорители и циклические ускорители. В первых траектории частиц близки к прямым линиям, во вторых – к окружностям или раскручивающимся спиралям.

Энергия частиц увеличивается при их движении в электрическом поле ускорителя.

В электростатическом линейном ускорителе заряженная частица проходит через ускоряющее электрическое поле однократно. Если заряд частицы, а и потенциалы поля в начальной и конечной точках траектории в поле, то энергия, приобретаемая частицей в ускорителе, равна . Здесь можно получить энергии не превышающие 15 МэВ.

Значительно большие энергии (до 22 ГэВ) можно сообщать заряженным частицам в линейных резонансных ускорителях, в которых переменное электрическое поле сверхвысокой частоты изменяется синхронно с движением ускоряемых частиц.

Циклотрон состоит из двух металлических дуантов М и N, представляющих собой две половины невысокой тонкостенной цилиндрической коробки разделённые узкой щелью.

Дуанты заключены в плоскую замкнутую камеру А, помещённую между полюсами сильного электромагнита. Вектор направлен перпендикулярно плоскости чертежа.

Дуанты с помощью электродов т и п присоединены к полюсам электрического генератора, создающего в щели между ними переменное электрическое поле. Ускорение частиц возможно только в том случае, если движение частицы и изменение электрического поля в зазоре будут происходить строго синхронно.

В циклотроне магнитное поле постоянно, а напряжённость электрического поля в зазоре изменяется во времени по гармоническому закону с постоянным периодом .

В синхрофазотроне изменяются и частота ускоряющего напряжения, создаваемого генератором напряжения меняющейся частоты, и индукция магнитного поля. Ускоряемые частицы движутся не по спирали, а по кольцу. По мере увеличения скорости частиц индукция магнитного поля растёт так, чтобы радиус окружности, по которой движутся частицы оставался постоянным. При этом период обращения изменяется как из-за скорости так и из-за магнитной индукции .

Большой адронный коллайдер – ускоритель адронов (частиц, состоящих из кварков) на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов в противоположных направлениях и изучения продуктов их соударений.

Коллайдер построен на границе Швейцарии и Франции. Длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м.

Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители производят инжекцию протонов и ионов свинца в синхротрон, где они приобретают энергию в 28 ГэВ. После этого ускорение частиц продолжается в суперсинхрофазотроне, где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем пучок направляют в основное кольцо и в точках столкновения шесть детекторов фиксируют происходящие события.

Преобразования Лоренца для электрических и магнитных полей

В разных инерциальных системах отсчёта электрическое и магнитное поля одной и той же совокупности зарядов оказываются различными.

При переходе от системы отсчёта К к движущейся относительно неё со скоростью системе отсчёта К’ справедливы следующие соотношения:

Если , то

Лекция 9

Поток вектора магнитной индукции

. [Ф_В] = Вб.

Работа по перемещению проводника с током в постоянном

Магнитном поле

При перемещении перемычки вправо на dx сила Ампера совершает работу

В общем случае , где

магнитный поток через малую площадку ;

вектор малой площадки, прочерчиваемой элементом проводника при его малом перемещении .

Работа по перемещению проводника с током I из положения 1 в положение 2 :

, где

магнитный поток сквозь поверхность, прочерченную проводником при перемещении из (1) в (2).

Для замкнутого контура при перемещении его из положения 1 в положение 2 :

, где

потокосцепление контура, содержащего N витков.

Электромагнитная индукция

Закон Фарадея: в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока (т.е. потока вектора ), охватываемого этим контуром, возникает индукционный электрический ток (явление электромагнитной индукции).

Появление индукционного тока означает, что при изменении магнитного потока в контуре возникает ЭДС индукции:

ξ _i = .

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

Индукционные токи возбуждаются и в массивных сплошных проводниках. Они имеют вихревой характер, и их называют токами Фуко.

Знак магнитного потока Ф_В связан с выбором нормали к поверхности S , а знак ЭДС индукции ξ _i с выбором положительного направления обхода по контуру, которые связаны друг с другом правилом правого винта.

Если замкнутый контур, в котором индуцируется ЭДС состоит не из одного витка, а из п витков, то ξ _i будет равна сумме ЭДС, индуцированных в каждом витке.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8910 Следующая ⇒