Техника - молодёжи 1949-11, страница 27

Отклоняющая

пластина

Источник ионов

В ускорительной трубке ионы разгоняются под действием электрических полей, действующих между цилиндрами, подключенными к источнику высокого напряжения. Электрическое поле, действующее в промежутках между цилиндрами, не только ускоряет частицы, но и фокусирует их, заставляет поток ионов концентрироваться по оси трубки. Вот как происходит фокусировка потока ионов. Проходя первую половину промежутка между цилиндрами, ионы, двигаясь по направлению силовых линий, приближаются к оси. Проходя вторую половину промежутка, они, правда_л вновь отдаляются от оси, однако, вследствие того, что скорость их к моменту начала движения во второй половине промежутка уже возросла, электрическое поле отклонит их не столь сильно, как раньше. При прохождении каждого следующего промежутка между цилиндрами поток все ближе и ближе приближается к оси трубки.

оборотом понемногу добавляя им скорости, и, только после того как они достигнут очень большой скорости, выпустить на обстреливаемую мишень.

Самой существенной чертой сходства пращи с разгоняемыми по кругу бомбардировочными частицами является периодичность усилия, которое прилагается к веревке при каждом ее обороте. Но эта механическая аналогия, конечно, очень поверхностна.

На самом деле циклотрон (так называется прибор, который служит для «подстегивания» бомбардировочных частиц, в то время как они бегут по кругу)— очень тонкая машина.

Камера, в которой создаются готовые для ускорения частицы-снаряды (по способу, уже описанному выше), расположена, точнее зажата, между полюсами громадного электромагнита. Диаметр этих полюсов достигает нескольких метров. Внутри камеры, помимо излучателя бомбардировочных частиц, помещены две металлические коробки, имеющие форму полудисков, напоминающие своими очертаниями латинскую букву «D». Эти полуокружности сближаются своими хордами (которые практически равны их диаметрам) так, чтобы между ними оставался небольшой просвет, так называемая «щель». Эти металлические коробки именуются «дуан-тами». К д у антам подводится переменное высоковольтное электрическое напряжение.

Итак, частицы-снаряды помещены в зону действия магнита. В циклотроне находит свое приложение то обстоятельство, что движение заряженных частиц в однородном магнитном поле происходит по окружности. Вспомним старый школьный опыт с проволочной рамкой, находящейся под током и поворачиваемой магнитным полем. Этот опыт подскажет нам судьбу потока частиц, попавших в магнитное поле циклотрона. Этот поток будет под действием магнита изгибаться, закручиваться. Ведь поток заряженных частиц — это и есть электрический ток.

Продолжаем следить за потоком частиц. Так как скорость движения частиц первоначально еще очень мала, они будут поворачивать в магнитном поле очень круто. Таким образом они пробегут половину окружности циклотронной камеры. Когда они готовы пе

репрыгнуть щель, на них начинает действовать электрическое поле, создаваемое в этот момент между дуантами. Оно действует в том же направлении, в каком летят частицы, и, таким образом, как бы подщелкивает их при перелете щели. После этого ускорения они продолжат свой полет — круговой полет, потому что магнитное поле действует на. них непрерывно, но уже по окружности большего радиуса, так как скорость их возросла. Затем, снова пролетая щель между дуантами, частицы

еще раз подстегиваются электрическим полем, еще раз они делают оборот, сопровождающийся двумя подстегиваниями, еще десятки раз летя по все более и более раскручивающейся спирали... При каждом очередном обороте на них действует сравнительно небольшое ускоряющее поле. Но в конечном 'счете их скорость становится колоссальной (энергия альфа-частиц достигает 300 миллионов электрон-вольт).

Но как же все-таки удается сочетать перелет частицами щели с действием на них электрического поля? Как достигается то, что поле' действует в том же направлении, в каком летят ускоряемые .частицы? Ведь если бы их невзначай встретило электрическое поле

.Магнитная фокусировка

Мишень

Электрическая фокусировка

Источник ионов

Ионы поступают из источника ионов в центр камеры циклотрона. При каждом перескоке про межутка между дуантй ми ионы «подхлестыва ются» электрическим по лем, магнитное же по ле изгибает пути ионов

В результате под совместным действием электрического и магнитного полей ионы бегут в камере циклотрона по спирали. (В нашей механической аналогии следует предположить, что нити, за которые привязаны шарики₄ способны растягиваться.) После того как частицы приобретут достаточную скорость, они с помощью отклоняющей пластины выводятся наружу и попадают в мишень. Фокусировка потока ионов в циклотроне осуществляется действием и электрического и магнитного полей. При первых оборотах ионный поток фокусируется электрическим полем, концентрирующим поток в центральной плоскости камеры циклотрона. Во время последних оборотов фокусировку-осуществляет магнитное поле. У края магнитных полюсов магнитные линии изогнуты. Вследствие этого направление магнитных сил таково, что ионный поток не может выйти за пределы той плоскости, в которой он был сфокусирован электрическим полем.

25