Техника - молодёжи 1949-11, страница 28

^; Т ' -.- • - У'*' ' •

Бетатрон состоит из кольцеобразной трубки, между полюса

ми электромагнита. Возрастающее магнитное поле порождает поле электрическое. Находясь под действием обоих полей, электроны движутся по кругу, непрерывно набирая скорость. За Что долю секунды электрон в бетатроне проделывает сотни тысяч оборотов, проходя путь, измеряемый тысячами километров. направить раскрученные электроны в мишень, в современных

бетатронах употребляют остроумное приспособление. Наконечники электромагнитов делают из спрессованного железного порошка. Эти наконечники достигают магнитного насыщения раньше, чем остальная часть сердечника. Сильное магнитное поле наконечников нарушает ритм работы бетатрона, — раскрученные электроны начинают двигаться по суживающейся спирали и попадают в мишень.

с обратным знаком, поле противоположного направления, оно бы не только не ускорило частицы, но, наоборот, затормозило бы...

Главный секрет циклотронов состоит в использовании того замечательного факта,'что период обращения заряженных частиц зависит только от трех условий: от заряда частицы, от ее массы и магнитного поля. Все эти условия сохраняют свое постоянство. Период обращения частицы по кругу не зависит от скорости частицы, а это самое главное. Так получается потому, что чем больше скорость движения частицы, тем больше радиус окружности, которую она описывает в своем полете. Поэтому, с какой бы скоростью ни обращались частицы в циклотроне, все они —и медленные и успевшие достигнуть больших скоростей—пересекают щель через равные промежутки времени. К этим промежуткам, к этим, периодам тщательно подгоняется переменное напряжение, соединенного с дуантами радиогенератора (быстропеременная разность потенциалов, которую приходится создавать в циклотроне, отвечает примерно 10 тысячам килогерц или 20—30-метровой длине волны, то-есть относится к радиочастотам).

НОВЫЕ ОРУДИЯ «ЯДЕРНОЙ АРТИЛЛЕРИИ»

Экспериментаторам с сожалением приходится констатировать, что существует предел ускорения потоков частиц, разгоняемых в циклотроне. На первый взгляд может показаться, что чем больше простора для постепенного раскручивания частиц, чем шире спираль, которую они описывают, постепенно набирая скорость в коробке циклотрона, тем стремительнее может стать в конечном счете их бег. Казалось бы, стоит только построить циклотрон-гигант, к можно

получать на нем частицы любых энергий... На самом же деле это не так.

Эти рассуждения были бы справедливы, если бы аналогия с пращой могла быть выдержана до конца. Но в том-то и особенность новой физики, имеющей дело с исключительно большими скоростями движения, что здесь начинают действовать свои особые законы, выходящие за рамки обычной классической механики.

В соответствии с одним из этих законов, описываемых теорией относительности, масса движущегося тела возрастает при возрастании его скорости. Когда частицы, разгоняемые в циклотроне, достигают скорости, равной примерно ¹/о скорости света, увеличение их массы становится настолько ощутимым, что нарушается главное условие действия циклотрона — постоянство периода обра, щения частиц. Из трех факторов, от которых этот период зависит, — заряд, масса и магнитное поле — один изменяется, а с ним нарушается весь ритм работы циклотрона. Тщательно подогнанное к установившемуся периоду обращения частиц, электрическое поле начинает действовать невпопад, частицы тормозятся, вместо того чтобы ускоряться, работа ускорителя расстраивается.

Но до тех пор, пока не достигнута такая критическая скорость убыстрения частиц, циклотрон работает, как часы. Непрерывным потоком миллиарды снарядов обрушиваются на ядерную мишень. Выпустите поток дейтронов, вырывающийся из циклотрона, на воздух. Он будет виден на протяжении метра по фиолетовому сиянию, которое возбуждает на своем пути. Нежный фиолетовый луч. Хотите испытать его силу? Преградите ему путь стальной пластинкой—грозная сила, таящаяся в луче, мгновенно испепелит сталь. Грозная опасность таится и в радиоактивном излучении ядер атомов, раздробляемых выбрасываемыми циклотронами атомны

ми снарядами. Экспериментаторы, работающие с циклотроном, защищаются от этих излучений толстыми стенами, нацело поглощающими опасные излучения.

Предел значения энергии, до которого удается разогнать в циклотроне частицы-снаряды, не одинаков для всех частиц. Легче всего ускорять до больших энергий альфа-частицы, более трудно дейтроны, еще труднее прогоны и совсем трудно электроны. Скорость этих частиц, масса которых почти в две тысячи раз меньше массы протона, уже при энергии в 10—20 тысяч электрон-вольт приближается к скорости света. С увеличением энергии электрона особенно заметно сказывается связанное с этим изменение массы. Это делает безнадежными попытки получить электроны больших скоростей с помощью циклотрона.

Однако искания исследователей привели к открытию эффективного способа ускорения и электронов. Был создан новый прибор, который получил название бетатрона. Большой вклад в развитие идеи бетатрона сделан советскими исследователями, в особенности профессором Я. П. Терлешшм, который исчерпывающе исследовал решающей важности вопрос о фокусировке электронов в этом приборе.

В бетатроне использован принцип непрерывного ускорения частицы на пути ее движения. Осуществление этого принципа, потребовавшего совершенно новой техники, помогло конструкторам обойти основное препятствие — отрицательное влияние резкого увеличения массы электрона с возрастанием его энергии. Как устранено в бетатроне это препятствие, мы увидим, рассмотрев схему его действия.

Для этого нам нужно будет проследить за поведением одного какого-либо свободного электрона, заключенного в вакуумной коробке между полюсами электромагнита. При пропускании через обмотку электромагнита электрического тока между полюсами возникает магнитное поле. Если это поле постепенно усиливать, то по закону магнитной индукции оно, в свою очередь, будет воз» буждать в пространстве электрическое поле.

Электрические силы будут действовать на электрон, заставлять его двигаться, Так как одновременно с электрическим на электрон продолжает действовать магнитное поле, то под его воздействием электрон будет двигаться по круговой орбите. При этом увлекаемый силой электрического поля электрон будет мчаться по своей замкнутой орбите (вокруг магнитного потока) со все большей скоростью. Если бы скорость летящего электрона была постояв ной, то при возрастании магнитного поля его орбита изогнулась бы вовнутрь. Этого не происходит потому, что радиус окружности, которую описывает электрон в своем движении, зависит не только от напряженности магнитного поля, но и от скорости его движения. Чем выше эта скорость, тем меньше способно искривить его путь магнитное поле.

Эти факторы вступают в единоборство, и, умело управляя ими, экспериментатор может полностью их уравновесить. В результате электрон, помещенный в нарастающее магнитное поле, получает возможность двигаться по определенной окружности неизменного радиуса, непрерывно набирая скорость. Эти условия не меняются с возрастанием массы электрона, хотя, например, при достижении летящими электронами энергии в 100 миллионов электрон-вольт, масса каждого электрона возрастает в двести раз!

26