|
5. Синхрофазотрон - циклический резонансный ускоритель тяжелых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором объединяются свойства фазотрона и синхротрона. Здесь управляющее магнитное поле и частота ускоряющего электрического поля одновременно изменяются во времени так, чтобы радиус равновесной орбиты частиц оставался постоянным. На рис. 2.5.6 изображен Серпуховской синхрофазотрон У-70 с энергией 70 ГэВ.
Рассмотрим действие лоренцевой силы и рассчитаем энергию протонного ускорителя, представляющего собой кольцевой магнит диаметром 2 км. Между полюсами этого магнита расположена тороидальная вакуумная камера, в которую инжектирован пучок протонов. Если смотреть на ускоритель сверху (рис. 2.5.7), то пучок протонов движется по часовой стрелке со скоростью v, близкой к скорости света.
На протон действует центростремительная сила, направленная к центру. Если поле B направлено из плоскости чертежа, то сила Лоренца F = [v, B] всегда направлена к центру.
Центростремительная сила равна
...
где mr - релятивистская масса протона. Так как эта сила обусловлена
действием магнитного поля, она равна ... Тогда ...
Поскольку v ≈ c, то можно записать, что ... - так можно рассчитать полную релятивистскую энергию протонов:
...
Заметим при этом, что магнитное поле не увеличивает скорость или энергию частиц. Ускорение протонов осуществляется при каждом их обороте в кольце за счет электростатического поля, которое действует на коротком участке кольца.
|
