acceleratoare ciclice

Studiul structurii atomilor se realizează prin bombardarea acestora cu particule ele­mentare rapide, care constituie «proiectile» de mare energie. întrucît majoritatea particu­lelor sînt încărcate electric, acestea pot 0 accelerate cu ajutorul unor cîmpuri electrice şi magnetice. Instalaţiile folosite în scopul accelerării particulelor elementare se numesc acce­leratoare; în cazul celor mai multe dintre ele, traiectoriile descrise de particule sînt circulare (acceleratoare circulare sau ciclice).

Din punct de vedere constructiv, betatronul (fig. 1) este asemănător unui transformator. Este constituit dintr-un miez de fier. care are o înfăşurare de excitaţie (corespunzătoare înfăşurării primare a transformatorului) străbătută de un curent alternativ. .Spre deosebire de transformator, in locul secundarului, betatronul este prevăzut cu un tub circular vidat, în care sînt introduşi electronii. Prin inducţie magnetică, în tub apare un cîmp electric circular alternativ (cîmp turbionar), orientat în direcţie perpendiculară pe cîmpul magnetic. Acest cîmp electric accelerează dar poate şi încetini electronii, care sînt introduşi intermitent în tubul circular; procesul este astfel condus, încît momentul de. introducere a electronilor să fie cel în care cîmpul alternativ are intensitatea maximă Trebuie procedat astfel din motive de stabilitate a traiectoriei. în următorul sfert de perioadă a curentului alternativ, electronii sînt acceleraţi, iar la sfîrşitul sfertului de perioadă are loc eliminarea electronilor din tubul circular (altfel în următoarea jumătate de perioadă ei ar fi încetiniţi).

în electrodinámica clasică, frecvenţa de rotaţie a unei particule încărcate care se roteşte într-un cîmp magnetic este independentă de raza traiectoriei, dar energia particulei creşte odată cu valoarea acestei raze. Aceste două principii au dus la construcţia ciclotronului. Ciclotronul este prevăzut cu o cameră de accelerare vidată, plasată într-un cîmp magnetic omogen. între piesele polare (fig. 2). în centrul acesteia se găseşte o sursă de ioni Părăsind cu o anumită viteză camera vidată, ionii sînt dirijaţi de cîmpul magnetic şi descriu traiecto­rii circulare. întrucît mişcarea lor de rotaţie are o frecvenţă constantă, ionii pot fi acce­leraţi continuu cu ajutorul unui cîmp alternativ de aceeaşi frecvenţă. Aceasta se realizează alimentînd doi electrozi în formă de cavităţi semicilindrice (numiţi duanţi sau deuri) de la o sursă de curent alternativ de înaltă frecvenţă. Datorită cîmpului electric existent între elec­trozi, electronul este accelerat la fiecare trecere din interiorul unui duant în interiorul celui­lalt, în acest mod se modifică viteza ionului şi raza traiectoriei, frecvenţa de rotaţie rămînînd aceeaşi. Descriind in mod succesiv traiectorii de rază din ce în ce mai mare, ionul capătă o energie cinetică din ce în ce mai mare. pentru ca la sfîrşitul ciclului de accelerare să fie eli­minat din interiorul camerei de vid cu ajutorul unui condensator de deflexie. Vitezele atinse de particule în interiorul ciclotronului sînt de ordin relativ mic. Accelerarea lor pînă la viteze apropiate de viteza luminii se obţine în acceleratorul denumit sincrotrón, (ñg. 3), al cărui principiu de funcţionare este asemănător cu cel al ciclotronului. Spre deosebire însă de acesta, în sincrotrón raza traiectoriei şi frecvenţa de rotaţie rămîn constante în timp, în schimb creşte cîmpul magnetic (ca şi în cazul betatronului). Faptul că la o viteză aproape constantă a parti­culelor rezultă o creştere a energiei lor. se explică cu ajutorul teoriei relativităţii: cînd viteza particulei se apropie de viteza luminii, masa (implicit energia) sa creşte foarte mult la o mică creştere a vitezei. Cîştigul de energie al particulelor în sincrotrón nu se bazează deci în prin­cipal pe creşterea vitezei (ca în cazul primelor două tipuri de acceleratoare), ci pe creşterea masei lor.

acceletoare ciclice

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>