Синхротрон

Синхротрон "Soleil" под Парижем

Синхротрон - ускоритель релятивиських заряженных частиц.

Синхротрон сконструирован таким образом, чтобы траектория пучка ускоренных частиц не зависела от их скорости. Поэтому он по внешнему виду напоминает то. Стабильная траектория возможна только для частиц, предварительно разогнанных до скорости, близкой к скорости света. Для ускорения частиц до релятивистских скоростей в синхротронах основном используются линейные ускорители.


1. История

Изобретателем циклотрона был Луис Уолтер Альварес.

2. Устройство и принцип действия

Схема строения синхротрона

Преимуществом синхротрона над циклотроном является то, что при постоянном радиусе орбиты, магниты, в поле которых заворачиваются заряженные частицы, можно разместить только на периферии, что уменьшает их размеры и массу. Время, радиус синхротрона можно сделать гораздо больше.

Радиус траектории заряженных частиц при релятивистских скоростях определяется формулой

R = \ frac {v E} {cqH} ,

где R - радиус траектории совпадает с радиусом тора синхротрона, v - скорость частицы, E = mc ^ 2 / \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} - энергия частицы с массой покоя m, c - скорость света, q - заряд частицы, H - напряженность магнитного поля.

Для того, чтобы радиус оставался неизменным, необходимо при v \ approx c изменять магнитное поле же образом, чтобы выполнялось соотношение

H = \ frac {E} {qR}

Синхротроны, в отличие от циклотронов, могут ускорять электроны до энергий в пределах 100 МэВ - 10 ГэВ. Тяжелые частицы, например, протоны можно ускорить до 1 ТэВ. Такой ускоритель под названием Тэватрон, радиусом 6,3 км, был построен в 1983 году в Батавии, штат Иллинойс.


3. Излучение

Частицы в синхротроне движутся по кругу, то есть с ускорением. Заряженные частицы, движущиеся с ускорением излучают электромагнитные волны. Излучения накладывает ограничения на энергию, к которой можно разогнать частицы, но одновременно электромагнитное излучение, которое называют синхротронным излучением, можно использовать. В наше время это стало основным назначением синхротронов. Мощное монохроматический рентгеновское излучение, которое можно получить в синхротронах, використовуетсья в рентгеноструктурном анализе, для литографии в микроэлектронике и т.д..


4. Крупнейшие синхротроны

Тэватрон

Источники

  • Булавин Л.А., Тартаковский В.К. Ядерная физика. - М.: Знание, 2005.
п ? в ? р Ускорители заряженных частиц
Тип
конструкции
Высоковольтный ( Генератор Ван де Граафа, Каскадный, Трансформаторный, Импульсный) ? Индукционный ? Резонансный
Циклический
Бетатрон ? Циклотрон ( Фазотрон ? Изохронный циклотрон) ? Синхротрон ? Синхрофазотрон ? Микротрон
P physics.svg
Назначение
Бустер ? Коллайдер ? Лазер на свободных электронах ? Источник синхротронного излучения ? Источник нейтронов
Крупнейшие
установки
Исторические
Современные
Большой адронный коллайдер ? Протонного суперсинхротрона ? Релятивистский коллайдер тяжелых ионов ? Нуклотрон
Гипотетические
Елоизатрон ? Зеватрон ? Планкатрон ? Фермитрон


Физика Это незавершенная статья по физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.