Техника - молодёжи 1956-08, страница 22

Главный машинный зал. Электрический ток. вырабатываемый здесь, преобразуется с помощью ионных преобразователей и затем поступает в обмотку элект-ромагнита.

Основное его преимущество — возможность применения кольцевых электромагнитов для управления движением частиц по орбите.

В циклотроне и фазотроне частицы начинают свое движение из центра магнитного поля. Траектория, по которой здесь перемещаются частицы, набирающие с каждым оборотом около этого центра все большую и большую скорость и энергию,—это развертывающаяся спираль.

Через вводные устройства, показанные на этой фотографии, протоны из линейного ускорителя поступают в синхрофазотрон.

I

Поэтому в классических циклотронах и фазотронах полюса магнитов должны были быть сплошными, чтобы иметь возможность «плавно», «мягко» смещать частицы все дальше и дальше от центра к периферии. Необходимость иметь сплошной магнит резко увеличивает вес всей системы.

В ускорителях с переменным магнитным полем — синхротронах и синхрофазотронах, — оказывается, можно сделать вырез в магнитном полюсе, то-есть выполнить этот полюс в виде кольца. Удобнее и набирать это кольцо из отдельных элементов — секторов. Вес магнитной системы при этом резко снижается. Это видно из такого примера. Классический фазотрон, ускоряющий протоны до энергии 1 млрд. электрон-вольт, имел бы магнитную систему весом около 7—8 тыс. т. Синхрофазотрон с такой же энергией протонов может иметь магнитную систему весом около 1 тыс. т.

В чем же тайна столь резкой разницы в весе? Дело в том, что в синхрофазотронах и синхротронах заряженные частицы, введенные внутрь ускорительной камеры, очень быстро «навертываются» на так называемую «стабильную орбиту». Почти все время в процессе ускорения частицы движутся именно по этой стабильной орбите, постепенно набирая новые порции энергии. Положение и форма этой стабильной орбиты точно рассчитываются, и поэтому магнитное поле должно «властвовать» над частицами только в весьма ограниченной области, сравнительно недалекой от этой стабильной орбиты. Именно поэтому стало возможно сделать магнит кольцевым.

Из-за этого все такие ускорители работают короткими импульсами. Средняя величина тока ускоренных частиц здесь значительно меньше, чем в ускорителях с постоянным магнитным полем.

Скорость нарастания магнитного поля определяет скорость набора частицей энергии. Выгоднее поле увеличивать медленно. Вследствие этого при каждом обороте частице можно сообщить только небольшую порцию энергии. Для достижения полной энергии частицам приходится поэтому совершать миллионы оборотов.

Электромагниты больших ускорителей с переменным магнитным полем экономичнее питать не обычным переменным током, а импульсами тока, довольно медленно изменяющимися по своей величине во времени, но всегда имеющими один и тот же знак. Необходимость создания такого режима электропитания осложняет конструкцию электрооборудования ускорителя.

В циклических ускорителях частота ускоряющего напряжения должна быть всегда равна или кратна частоте обращения частицы по орбите.

Только при этом условии частицы, пролетающие через ускоряющие промежутки, будут во-время «подталкиваться», получать ускоряющий их движение толчок.

Кажется, что это сделать трудно, так как в камере при ускорении движутся миллиарды частиц. Однако задачу облегчает действие механизма автофази-ровки, благодаря которому указанное правило выполняется автоматически в течение всего цикла ускорения, если только оно было выполнено однажды — в начале цикла, когда частицы вводились в камеру. Видно, что повышение эффективности, повышение кпд ускорителей — сложная задача. Мечта каждого энтузиаста ускорительной техники — построить такой ускоритель, в котором вся приложенная ускоряющая высокочастотная энергия полностью переходила бы в энергию пучка ускоренных частиц, расходовалась с пользой, а затраты электроэнергии на питание систем, управляющих движением заряженных частиц в ускорителе, были бы самыми минимальными.

ЛУЧШЕ ИМЕТЬ КОЛЬЦЕОБРАЗНЫЙ МАГНИТ

Ускоритель .с переменным магнитным полем обладает большими достоинствами.

18