Техника - молодёжи 1956-01-02, страница 13

гревается». В зависимости от степени возбуждения ядро либо «испаряет» из себя одну или несколько частиц, либо разваливается на две или несколько частей (делится), либо разрушается полностью.

Не все частицы попадают в цель — в ядро. Естественно, поэтому, что для увеличения процента попаданий надо «обстреливать» ядра не одиночными ускоренными частицами, а целым потоком — «пулеметной очередью» частиц.

При соударении с ядром этим ускоренным частицам приходится преодолевать огромные силы электростатического отталкивания, действующие по закону Кулона между ядром и приближающейся к нему частицей. Вследствие этого и приходится ускорять частицы до очень больших энергий.

УСКОРЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Как же устроены ускорители заряженных частиц? Откуда заряженная частица получает необходимую дополнительную энергию? Что заставляет ее ускорять свое движение?

Если положительно заряженный шарик поместить в электрическое поле между двумя противоположно заряженными пластинами, то он начнет перемещаться по направлению к отрицательно заряженной пластине. По мере приближения шарика к пластине его скорость будет нарастать. Так как кинетическая энергия тела пропорциональна квадрату скорости его движения, то с увеличением скорости еще быстрее будет возрастать и энергия шарика. Увеличение энергии будет продолжаться до тех пор, пока шарик не ударится об отрицательно заряженную пластину.

В месте предполагаемого удара шарика о пластину можно сделать отверстие. Тогда разогнавшийся шарик по инерции пролетит сквозь него и вылетит в пространство, где электрическое поле пластины становится исче-зающе малым и практически уже не действует на шарик.

В электрическом поле шарик будет приобретать тем большую скорость, а следовательно, и энергию, чем выше пройденная им разность электрических потенциалов. Поэтому главным физическим принципом, на котором основано действие всех ускорителей заряженных частиц, является использование для ускорения заряженных частиц энергии электрического поля.

При прямом или однократном методе ускорения частицы в процессе ускорения проходят через промежуток между электродами только один раз. Та часть пространства, где проявляется и используется ускоряющее действие разности потенциалов электрического напряжения, называется ускоряющим промежутком. Устройство самого простого ускорителя — высоковольтной ускорительной трубки — показано на схеме.

Такая трубка во избежание возможных электрических пробоев делается не из сплошного изолятора, а из набора

Электростатический ге-нератор Ьан-де-Граафа в сжатом гаде на напряжение 5 млн. вольт (стальной кожух с гене-ратора снят): 1—источник постоянного высокого напряжения, 2 — щетки, подающие заряды на лен-ту, 3 — непрерывно движущаяся лента, 4 — щетки, снимающие заряды с ленты и подающие их на кондуктор, 5 — кондуктор.

коротких, склеенных между собой фарфоровых колец, между которыми вставлены металлические электроды. К каждой паре электродов подводится лишь часть высокого

напряжения, подаваемого на всю трубку от специального высоковольтного выпрямителя. Для деления высокого напряжения на отдельные части, каждая из которых прикладывается только к одной паре ускоряющих электродов, употребляется потенциометр, составленный из большого числа сопротивлений. Положительный полюс высоковольтной установки

соединяется с одним концом трубки, а отрицательный— с другим.

Откачка воздуха из трубки производится специальными высоковакуумными насосами.

Положительно заряженные ускоряемые частицы — протоны, дейтероны и другие — выходят из особого устройства для их получения, так называемого ионного источника, расположенного около того конца трубки, на который подано высокое положительное напряжение. В простейшем случае ионный источник представляет собой металлическую коробочку с отверстием для выхода ионов. В эту коробочку по трубке подается водород, или дейтерий, или другой газ, ионы которого желательно получить. Внутри коробочки размещен также накаливаемый катод. Анодом служит сама коробочка. Под действием постоянного электрического напряжения, приложенного между анодом и катодом, электроны, испускаемые катодом, ускоряются и в процессе своего движения сталкиваются с молекулами газа, находящегося внутри коробочки, и ионизируют его. Образовавшиеся положительные ионы с помощью специального «вытягивающего» электрода выводятся через отверстие наружу и поступают затем внутрь ускорительной трубки.

Здесь благодаря действию электрического поля они стремительно движутся от одного ее конца к другому, как бы «притягиваясь» к противоположному, отрицательно заряженному концу трубки. За время пролета через трубку скорость частиц увеличивается в десятки раз.

Высоковольтная ускорительная трубка (слева) и генератор высокого напряжения для питания трубки. Сбоку—схема ускоряющей трубки: 1 — керамический корпус трубки, 2— ионный источник, 3 — отверстие для впуска водорода в ионный источник, 4 — накаливаемый катод, 5 — анод, 6 — электрод, вытяги-вающий ионы из ионного источника, 7 — фокусирующий электрод, 8 — ускоряющие электроды, 9 — отверстие для откачки трубки, 10 — высокое напряжение, под-водимое к электродам трубки.

Постоянное очень высокое напряжение, необходимое для работы ускорительной трубки, может быть получено разными способами.

В электростатическом генераторе для получения высокого напряжения используется накопление электрических зарядов на поверхности изолированного от земли большого металлического шара — кондуктора. Электрические заряды доставляются к кондуктору — «собирателю» зарядов—с помощью ленты, непрерывно движущейся мимо специальных щеток — металлических острий. Электрические заряды как бы «стекают» на ленту с этих щеток. Щетки соединены с высоковольтным выпрямителем, который подает на них постоянное напряжение величиною в несколько десятков тысяч вольт.

Заряды, непрерывно поступающие на ленту, движутся вместе с нею и подходят ко второй системе из металлических острий — щеток, соединенных уже с металлическим кондуктором. Эти щетки обеспечивают подачу зарядов с ленты на кондуктор. Потенциал кондуктора

11