WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Циклічні прискорювачі елементарних частинок - Курсова робота

Циклічні прискорювачі елементарних частинок - Курсова робота

Курсова робота на тему:

Циклічні прискорювачі елементарних частинок

План

1. Вступ:

1.1 Історія розвитку прискорювачів

1.2 Класифікація прискорювачів

2. Циклічні прискорювачі з сталим полем:

2.1 Циклотрон

2.2 Ізохронний циклотрон.

2.3 Фазотрон

2.4 Мікротрон

3. Циклічні прискорювачі з сталим радіусом орбіти:

3.1 Синхротрон

3.2 Бетатрон

3.3 Синхрофазотрон

3.4 Колайдер

4. Висновок

5. Література

конецформыначалоформ

1. Вступ:

1.1 Історія розвитку прискорювачів

Поштовхом до розвитку прискорювачів заряджених частинокпослужили дослідження будови ядра, що вимагали потоків заряджених частинок високої енергії. Природні джерела заряджених частинок, що застосовувалися спочатку, - радіоактивні елементи - були обмежені як по інтенсивності, так і по енергії частинок, що випускаються. З моменту здійснення першого штучного перетворення ядер (1919, Э. Резерфорд ) за допомогою потоку α-частинок від радіоактивного джерела почалися пошуки способів отримання пучків прискорених частинок. У початковий період (1919-1932) розвиток прискорювачів йшов по шляху отримання високої напруги і їх використання для безпосереднього прискорення заряджених частинок. У 1931 амер. фізиком Р. Ван-де-Граафом був побудований електростатичний генератор, а в 1932 англ. фізики Дж. Кокрофт і Э. Уолтон в лабораторії Резерфорда розробили каскадний генератор. Ці установки дозволили отримати потоки прискорених частинок з енергією близько мільйона електрон-вольт (Мев). У 1932 вперше була здійснена ядерна реакція, що порушується штучно прискореними частинками, - розщеплювання ядра літію протонами. Період 1931-1944 - час зародження і розквіту резонансного методу прискорення, при якому прискорювані частинки багато разів проходять прискорюючий проміжок, набираючи велику енергію навіть при помірній прискорюючій напрузі. Засновані на цьому методі циклічні прискорювачі - циклотрони - незабаром обігнали в своєму розвитку електростатичні прискорювачі. До кінця періоду на циклотронах була досягнута енергія протонів близько 10-20 Мев. У 1940 амер. фізик Д. У. Керст реалізував циклічний індукційний прискорювач електронів (бетатрон), ідея якого раніше вже висувалася (амер. фізик Дж. Слепян, 1922; швейц. фізик Р. Відерое, 1928). Розробка прискорювачів сучасного типу почалася з 1944, коли рад. фізик В. И. Векслер і незалежно від нього (дещо пізніше) амер. фізик Э. М. Макміллан відкрили механізм автофазування , що діє в резонансних прискорювачах і дозволяє істотно підвищити енергію прискорених частинок. На основі цього принципу були запропоновані нові типи резонансних прискорювачів - синхротрон, фазотрон, синхрофазотрон, мікротрон. В цей же час розвиток радіотехніки зробив можливим створення ефективних резонансних лінійних прискорювачів електронів і важких заряджених частинок. На початку 50-х рр. був запропонований принцип знакозмінного фокусування частинок (амер. учений Н. Крістофілос, 1950; Е. Курант, М. Лівінгстон, Х. Снайдер, 1952), істотно підвищила технічну межу досяжних енергій, в циклічних і лінійних прискорювачах заряджених частинок . В 1956 Векслер опублікував роботу, в якій була висунута ідея когерентного, або колективного, методу прискорення частинок. Наступні два десятиліття можна назвати роками реалізації цих ідей і технічного удосконалення прискорювачів заряджених частинок. Для прискорення електронів перспективнішими виявилися лінійні резонансні прискорювачі. Найбільший з них, на 22 Гев, був запущений в 1966 амер. фізиком В. Панофским (США, Станфорд). Для протонів найбільші енергії досягнуті в синхрофазотронах. У 1957 в СРСР (Дубна) був запущений найбільший для того часу синхрофазотрон - на енергію 10 Гев. Через декілька років в Швейцарії і США вступили в лад синхрофазотрони з сильним фокусуванням на 25-30 Гев, а в 1967 в СРСР під Серпуховом - синхрофазотрон на 76 Гев, який протягом багатьох років був найбільшим в світі. У 1972 в США був створений синхрофазотрон на 200-400 Гев. У СРСР і США розробляються проекти прискорювачів на 1 000-5 000 Гев. В середині 1990-х років найкрупнішим протонним синхротроном був "Теватрон" Національної прискорювальної лабораторії ім. Э.Ферми в Батавії (США). Як підказує сама назва, "Теватрон" прискорює згустки протонів в кільці діаметром 2 км. до енергії близько 1 Тев. Сучасний розвиток прискорювачів йде як по шляху збільшення енергії прискорених частинок, так і по шляху нарощування інтенсивності (сили струму) і тривалості імпульсу прискореного пучка, поліпшення якості пучка (зменшення розкиду по енергії, поперечним координатам і швидкостям). Паралельно з розробкою нових методів прискорення удосконалюються традиційні методи: досліджуються можливості застосування надпровідних матеріалів (і відповідної ним техніки низьких температур) в її прискорюючих системах, що дозволяють різко скоротити розміри систем і енергетичні витрати; розширюється область застосування методів автоматичного управління в прискорювачах; прискорювачі доповнюються нагромаджувальними кільцями, що дозволяє досліджувати елементарні взаємодії в стрічних пучках.При цьомуособлива увага приділяється зменшенню вартості установок.

1.2 Класифікація прискорювачів

Прискорювачі заряджених частинокможна класифікувати за різними ознаками. За типом прискорюваних частинок розрізняють електронні прискорювачі, протонні прискорювачі і прискорювачі іонів. По характеру траєкторій частинок розрізняють лінійні прискорювачі (точніше, прямолінійні прискорювачі), в яких траєкторії частинок близькі до прямої лінії, і циклічні прискорювачі, в яких траєкторії частинок близькі до кола (або спіралі). По характеру прискорюючого поля прискорювачі заряджених частинокділять на резонансні прискорювачі, в яких прискорення проводиться змінним високочастотним (ВЧ) електромагнітним полем і для успішного прискорення частинки повинні рухатися в резонанс із зміною поля, і нерезонансні прискорювачі, в яких напрям поля за час прискорення не змінюється. Останні у свою чергу діляться на індукційні прискорювачі, в яких електричне прискорююче поле створюється за рахунок зміни поля , і високовольтні прискорювачі, в яких прискорююче поле обумовлене безпосередньо прикладеною різницею потенціалів.

2. Циклічні прискорювачі з сталим полем:

2.1 Циклотрон

Циклотрон - циклічний прискорювач нерелятивістських важких заряджених частинок (протонів, іонів), в якому частинки рухаються в постійному і однорідному магнітному полі, а для їх прискорення використовується високочастотне електричне поле незмінної частоти. У 1930 році Э. Лоуренсом (США) був створений перший циклічний прискорювач - циклотрон на енергію протонів 1 Мев (його діаметр був 25 см). На мал.1 показана перша працююча модель циклотрона.

На мал.2 циклотрон наступного покоління, який дозволяв прискорювати протони і дейтрони до енергій в декілька Мев.На Мал. 2. С. Лівінгстоун і Э. Лоуренс біля 27-дюймового циклотрона, який широко використовувався в експериментальних дослідженнях ядерних реакцій і штучної радіоактивності. У винайденому ними циклотроні пучок екранується від дії електричного поля в той напівперіод, коли воно діє заторможуючи.

Заряджена частинка з масою m і зарядом q, рухається із швидкістю v в магнітному полі H, направленому перпендикулярно її швидкості, описує в цьому полі коло радіусом R= mv/qH. Оскільки прискорення приводить до збільшення швидкості v, зростає і радіус R. Таким чином, протони і важкі іони рухаються по спіралі, що розкручується, все зростаючого радіусу. При кожному оберті по орбіті пучок проходить через щілину між дуантами - високовольтними порожнистими D-подібними електродами, де на нього діє високочастотне електричне поле (мал. 3).

Мал.3

Мал. 3. ПОРОЖНИСТІ ДУАНТИциклотрона. Полярність напруги на дуантах міняється після кожного півоберта, так що частинки прискорюються в щілині, досягнувши крапки А, потім крапки В і т.д. впродовж великого числа оборотів. 1 - електричне поле; 2 - дуант; 3 - прискорююча напруга.

Loading...

 
 

Цікаве