Юный техник 1961-01, страница 29

Время одного оборота частицы в усиорителе зависит от массы. При сравнительно небольших скоростях масса постоянна. Но когда кинетическая энергия частицы становится весьма значительной, начинает сказываться зависимость массы частицы от ее энергии. По мере ускорения начинает возрастать и масса частицы, а с этим — и период обращения. Время каждого оборота может стать больше периода ускоряющего переменного напряжения, и частица будет выпадать из такта ускорения и перестанет ускоряться.

Казалось, ускорение частиц достигло своего «потолка» — рост массы ограничивает их предельную энергию (достигшую в ускорителе уже 100 мэв).

В 1944 году академиком Векслером В. И. было открыто существование механизма «автофазировии» частиц, ноторый убрал этот «потолои» с пути к еще бопее высоким энергиям. Применение автофазировии к циилотрону позволило создать новый тип ускорителя — фазотрон. В городе Дубне Московской области теперь работает IU-миллиардный синхрофазотрон. В нем за 3,3 сеи. заряженные частицы — протоны — проходят путь, равный 2,5 расстояния от Земли до Луны, и за 4,5 млн. оборотов приобретают скорость в 298 500 км/сек. Масса протона при этом увеличивается почти в 10 раз.

В МАГНИТНОМ ФОКУСЕ

Если бы протон, движущийся в дубненском синхрофазотроне по окружности, диаметр которой почти 60 м, по какой-либо случайности за каждый оборот сбивался со своей «дорожии» всего лишь на один миллиметр, то к ионцу ускорения он оиазался бы не в ускорителе, а где-то в стороне от него, на расстоянии 4,5 км.

Чтобы этого ие случилось, магнитному полю поручается еще одна задача — фокусировиа движущихся частиц иак в горизонтальной, так и в вер шкальной плоскости, то есть возвращение отклонившихся частиц к заранее рассчитанной равновесной орбите.

Магнитному полю для этого придается специальная форма. Тан, например, фокусировиа в вертикальной плоскости обеспечивается «бочкообразной» формой магнитного поля — магнитные силовые линии выгибаются в направлении от центра ускорителя (см. цветную вкладиу II—III). По правилу трех пальцев левой руки иа частицу, отклонившуюся вверх или вниз, будет действовать сила, возвращающая ее н центру зазора.

Движение частиц в горизонтальной плоскости по круговым орбитам происходит под действием двух сил: магнитной (закручивающей) силы, так называемой сили Лоренца, и центробежной силы. При равенстве этих сил движение частицы происходит точно по кругу, по равновесной орбите. Вблизи этой орбиты магнитное поле заранее подбирается таким образом (оно делается медленно спадающим и наружной стороне магнита), чтобы соотношение между силой Лоренца и центробежной силой подчинялось определенному закону. Если частица по какой-либо причине отклонится внутрь от равновесной орбиты, то центробежная сила (которая в этой облас и больше, чем магнитная сила Лоренца) вернет частицу обратно к равновесной орбите. Из области же, лежащей снаружи от равновесной орбиты, частицу возвращает сила Лоренца.

Чем сильнее действие возвращающих сил (фокусировиа), тем более устойчиво движение частицы в ускорителе. Чем уже может быть сделана «дорожка» магнита, тем легче и дешевле магнит.

Однако коварные свойства магнитного поля приводили и тому, что с увеличением фокусирующих свойств в одном направлении автоматически уменьшались эти свойства в другом. Долгое время противоречие назалось неразрешимым. Выход был найден после разработки метода «сильной фокусировии»: магнитное кольцо стали разбивать на последовательно чередующиеся участии с взаимно-противоположным направлением магнитного поля. Каждый магнитный участок осуществляет фокусировку частиц только в одном направлении. При правильном подборе длин этих магнитов общая фокусировка оказывается настольио сильной, что позволяет обходиться в 5—10 раз более узкими «дорожками» магнита.

27