Заряддуу бөлүкчөлөрдүн сызыктуу катализатору. бөлүкчө катализатору катары. Эмне үчүн бөлүкчө катализатору?

заряддуу бөлүкчөлөрдүн тездик - түзмөк жиберсем электр жакын ылдамдык менен атом же субатомдук бөлүкчөлөр заряддуу бир нур. Анын иши негизи зарыл өсүшү алар үчүн электр талаасынын энергиясын жана траекториясын өзгөртүүгө - магниттик.

бөлүкчө катализатору эмнеде?

Бул приборлор көп илим жана өнөр жай ар түрдүү тармактарда колдонулат. Бүгүнкү күндө дүйнө жүзү боюнча дагы 30 киши да бар. акы бөлүкчө ылдамдаткычтар менен аныкталды үчүн атомдордун түзүлүшү жөнүндө негизги изилдөө куралы катары кызмат кылып, табигый эмес, ядролук күчтөрдү жана ядролук касиети, мүнөзү. акыркы transuranic жана башка туруксуз элементтерди камтыйт.

агып түтүк мүмкүн болуп калды менен атайын жооптуу аныктоо. Заряддуу бир бөлүкчөсүн катализатору да биологиялык материалдарды стерилдөө үчүн, өнөр жай .Рентгенологиялык, аттанган менен радиоизотоптуу өндүрүү үчүн колдонулат, жана radiocarbon талдоо. ири даана негизги ара изилдөөгө колдонулат.

акселераторго урмат-сый менен эс заряддуу бөлүкчөлөрдүн өмүр бою жакын ылдамдык менен тездетилген бөлүкчөлөрдүн караганда кичинекей жарык ылдамдыгына. Бул жолу участкаларында салыштырмалуу аз сумманы тастыктайт. Мисалы, Хиггстин боюнча кыргыз тилибизди 0,9994c ылдамдыгы 29 жолу өмүр көбөйтүүгө жетишилди.

Бул макалада ички жана жумушчу бөлүкчө акселератор, анын өнүгүшүнө, ар түрдүү түрлөрүн жана ар кандай өзгөчөлүктөрүн эмне карайт.

ылдамдануу негиздери

Сиз билген акы бөлүкчө ылдамдаткычтар кандай, алар бардык жалпы элементтер бар. Биринчиден, алар ири курулуштарды учурда телекөрсөтүү сүрөт түтүкчө же электрон, протон жана каршы бөлүкчө пайда болгон учурда электрон булагы болушу керек. Андан сырткары, алар бүт траекториясы көзөмөлдөө бөлүкчөлөр жана магнит талаасын тездетүү үчүн электр талаасын, болушу керек. Мындан тышкары, заряддуу бир бөлүкчөсүн акселераторго менен боштук (10 ^-11 мм рт.ст.. V.), М. Э. калган абанын минималдуу саны, узак өмүр жолу жыгач камсыз кылуу талап кылынат. Акыр-аягы, учурда орнотуунун бардык каттоо каражаттарды, тездетилген бөлүкчөлөрдүн эсептөөгө жана өлчөө керек.

муун

көбүнчө ылдамдаткычтар колдонулат электрон жана протондордун, бардык материалдар табылган, бирок адегенде алар тандап керек. Электрондор адатта сүрөт Идиштин ичинде сыяктуу эле түзүлгөн - бир "курал" деп аталган бир аппарат менен. Бул электрондор атомдорду чечип келе баштайт жерде мамлекет менен кызуу болуп ашканын, бир катод (терс электрод) болуп саналат. Терс бөлүкчөлөр катоддо (оң токту) тартылган төлөм жана соода аркылуу өтөт. электрондор электр талаасынын таасири астында жылып жатабыз, анткени курал-өзү акселераторго эле жөнөкөй. адатта аралыгы 50-150 ну менен катод жана катоддо ортосундагы чыңалуу.

Мындан тышкары, бардык материалдар электрондордун келген протон бар, бирок бир эле протон бар ядросу суутек атомдорунан. Ошондуктан, протон ылдамдаткычтар үчүн бөлүкчө булагын суутек газы болуп саналат. Бул учурда, газ иондоштурулган жана протон болгон тешик аркылуу жайгашкан. чоң ылдамдаткычтар менен протон көп учурда терс суутек иондорунун түрүндө түзүлөт. Алар эки атомдук газ болуусу натыйжасы болуп саналат атомдордон кошумча электронун билдирет. иш кыйын баштапкы этапта терс заряддуу суутек иондорунун бери. Анан алар тездеши акыркы этабына чейин электрон менен ажыраткан жука кое аркылуу өтөт.

ылдамдатуу

бөлүкчө катализатору катары? Алардын баары бир негизги өзгөчөлүгү электр талаасы. жөнөкөй мисал - оң жана терс электр мүмкүнчүлүктөрдү ортосунда бирдиктүү статикалык талаа, электр батареянын терминалдары ортосундагы окшош. Бул электрон талаа терс зарядды көтөргөн оң дараметин аны коюучу күч кабылат. Ал аны тездетет, жана ар кандай ыкма менен, анын ылдамдыгы жана электр жогорулатуу тура турган бир нерсе бар болсо. Электрондор зым же абадагы оң дараметин көздөй жылып, ал эми атом энергия жоготуп менен сүзүшкөндө, бирок куру жайгашкан болсо, анда алар катоддо жакын да ылдамдайт.

электрон аныктайт башталышы жана бүтүшү ордуна ортосундагы тирешүү аларга энергияны сатып алган. 1 V бир мүмкүн болуучу ар түрдүү көчүп келгенде 1 электрон УКК (уюм) барабар. Бул 1,6 × 10 ^-19 joule барабар. триллион эсе көп учуп чиркейдин энергия. kinescope электрон-жылы 10-ну артык Voltage ылдамдайт. Көптөгөн катализатору Мега, Giga жана Tera-электрон-Озум ченегенде, бир топ эле жогору энергиясын жетет.

түрү

бөлүкчө ылдамдаткычтар алгачкы кээ бир түрлөрүн, мисалы, чыңалуу эседен жана генератордук Van де Graaff генератору, бир миллион VOLTS үчүн мүмкүнчүлүктөрдү тарабынан туруктуу электр талаасын колдонгон. Мындай ЖЛ менен жеңил иш. Бир дагы иш жүзүндө альтернатива төмөн касиеттери өндүрүлгөн алсыз электр тармактарында кайталап иш-аракет болуп саналат. Бул принцип бүгүнкү ылдамдаткычтар эки түрү колдонулат - сызыктуу жана туруучу (негизинен cyclotrons жана synchrotrons). Сызыктуу бөлүкчө катализатору, кыскасы, .L жумуштун, алар көп жолу салыштырмалуу чакан электр тармагында аркылуу айланма жолдо көчүп, ал эми тездетүү кендердин катарда бир жолу өткөн. Эки учурда, бөлүкчөлөр акыркы энергия көптөгөн майда "какса," бир чоң комплекстүү таасир берүү менен бирге кошулат да, иш-аракет жалпы чөйрөсүндө көз каранды.

табигый жол менен АК эмес, DC колдонуу электр талаасын пайда үчүн сызыктуу акселераторго менен көп кайталануучу жана структурасы. оң өтүп, анда жакшы заряддуу бөлүкчөлөр, терс дараметин жана жаңы дем алуу ылдамдайт. Иш жүзүндө, чыңалуу абдан тез өзгөрүшү керек. Мисалы, абдан жогорку ылдамдыкта 1 лкө протон кыймыл бир энергия боюнча 1,4 м 0,01 мс менен өтүп, 0,46 жарык ылдамдыгы. Бул узак бир нече метр кайталануучу түзүмүндө, электр талаасы, жок эле дегенде, 100 MHz бир жыштыкта багытын өзгөртүү керек дегенди билдирет. Сызыктуу жана үзгүлтүксүз катализатору бөлүкчөлөр, адатта, 100 MHz 3000 чейин алмашма электр талаасы жыштыгы менен аларды жер-жерлерге сапырам, д. Мештер үчүн радио толкундардын катар Э..

электромагниттик толкундун бири-бирине түз бурчтукта жайгашкан жебеден жабылуучу электр жана магнит талаалардын жыйындысы болуп саналат. негизги пункту бөлүкчөлөрдөн келгенде ушунчалык тездик толкун өзгөртүүгө электр талаасы ылдамдануу багытына ылайык багытталган болуп саналат. чоор органда жабык мейкиндик, үн толкундары менен карама-каршы багыттар боюнча кыдыруучу толкундардын айкалыштыруу - Бул турган толкун аркылуу ишке ашырылат. An тездик менен, алардын жарык, жер кезген толкун ылдамдыгын жакындап ылдамдыгы электрон көчүп үчүн альтернатива өзү.

autophasing

бир алмашма электр тармагында тездеши маанилүү таасири "баскычы туруктуулук" болуп саналат. кайра нөлгө бир термелүүлөрдүн цикл өзгөрүүчү талаасы максималдуу наркынан нөлгө аркылуу өтөт, ал бир аз төмөндөйт, ал нөлгө барабар чыгат. Ошентип, тездетүү үчүн зарыл болгон баалуу аркылуу эки жолу өтөт. анын ылдамдыгы көбөйөт, бөлүкчө да эрте келе турган болсо, анда ал жетиштүү күч-талаа иштей албайт, Көтөрүү алсыз болуп калат. кийинки аймакты жеткенде, тест кеч жана таасир. Натыйжада, өзүн-өзү аягына чыгат эле, бөлүкчөлөр тездетүүгө аймактагы ар бир тармагында баскычында болот. Дагы бир аспекти бир уюган туруктуу агым эмес, пайда убакыттын өтүшү менен алардын артында турат.

Өткөрүү багыты

Алар ары-бери жүрүү багытын өзгөртө алат эле иштери менен жана бөлүкчө тездик кантип жана магнит талаасын ойногон маанилүү ролу. Бул алар тегерек жолунда устундун "ийилип" үчүн колдонсо болот, алар кайра-кайра эле кетебиз бөлүмгө өтүп дегенди билдирет. жөнөкөй учурда, акы бөлүкчө боюнча бир тектүү магнит талаасынын багытына туура бурчта көчүп, анын кыймылы эки багыт күч багыты жана талаага. Бул ага иш-аракет кылууга баштайт иш-аракет же башка күч өзүнүн талаасына алып келгенге чейин, талаадагы перпендикуляр айланма жолдо көчүп жайнай себеп болот. Бул таасир, мындай synchrotron жана кумах болуп туруучу ылдамдаткычтар колдонулат. бир кумах-жылы, туруктуу талаа ири магнит тарабынан даярдалган. алардын энергия жогорулатуу менен бөлүкчөлөр spirally сыртынан сайын ылдамдады кыймылдатуучу. synchrotron уюган дайыма радиусу менен шакек-бери басып, кыймылдап да, бөлүкчө катары шакек көбөйөт электромагниттер тарабынан талаа ылдамдайт. "Ийилип" камсыз магниттер, устун алардын ортосундагыларды өтө алабыз деп коюп, аттын такасынын абалда ийилген Түндүк жана Түштүк уюлдарга менен диполем билдирет.

электромагниттер экинчи маанилүү милдети, алар мүмкүн болушунча ушунчалык тар жана күчтүү болушу үчүн жыгач топтоо болуп саналат. бир басым магнит жөнөкөй түрү - карама-каршы, бири-бирине жайгашкан төрт түркүк (түндүк жана түштүк эки эки) менен. Алар бир багытта борборуна бөлүкчөлөрдү түртүп, бирок аларды тик багыт боюнча бөлүштүрүлөт мүмкүндүк берет. Quadrupole магнит аны тик багыт алып коё берип, туурасынан жайнай басым. Бул үчүн алар экиден колдонулушу керек. дагы так ошондой эле түркүк (6 жана 8) менен көп санда татаал магнит колдонулат багытталган.

бөлүкчө жогорулайт энергия болгондуктан, аларга көбөйөт жетектеп магнит талаасынын күч. Ошол эле траектория боюнча устун турат. быштак шакеги киргизилген жана ал алынып менен эксперименттердин пайдаланылышы мүмкүн алдында керектүү энергия ылдамдайт. Артка synchrotron шакеги келген бөлүкчөлөр түртүп жандандырылган болушат электромагниттер аркылуу ишке ашат.

кагылышуу

Заряддуу бир бөлүкчөсүн дары, өнөр-жайда колдонулат катализатору катары, негизинен, белгилүү бир максат үчүн устун өндүрүү, мис, нурлануу же ион жайылтуу. Бул бөлүкчөлөр бир жолу пайдалануу дегенди билдирет. Ошол эле көп жылдар бою негизги изилдөөдө колдонулган ылдамдаткычтар болгон. Бирок, шакектерди 1970-жылы иштелип чыккан, карама-каршы багыттар боюнча жүгүртүүдөгү эки устундардан турган жана райондо айланасында карама-каршы эле. Мындай системанын негизги артыкчылы- бөлүкчөлөрүнүн бир ачык кагылышуу энергетика, алардын ортосундагы өз ара энергиясын түздөн-түз бара жатат. устун турактуу сүрөттөр менен кагылышат, мында энергия көпчүлүк кыймыл максаттуу материалдык кыскартууга барса, моментинин сакталуу эрежесине ылайык бул эмне менен карама-каршы.

сүзүшүп устундары менен кээ бир машина, эки же андан көп жерлерде кайчылашкан, эки чынжыр менен курулат, карама-каршы багыттар боюнча жүгүртүүдө турган, ошол эле түрдөгү бөлүкчөлөр. More жалпы Collider бөлүкчө-бир анти. Анти байланышкан бөлүкчөлөрдүн карама-каршы заряддуу. Мисалы, номери, сөзсүз алынат, жана электрондор - терс. Бул электронду тездетет талаасы, позитрондуу ушул багытта баратат, жайлап дегенди билдирет. Бирок карама-каршы багытта акыркы кыймылдаса, бул тездейт. Ошо сыяктуу эле, бир электрон сол бир магнит талаасы эркин сызыгын кыдырып, жана позитрон - туура. Позитрондуу алдыга жылып турган болсо, анда ал жолду укугуна четтөөгө мындан ары да, бирок, электрондордун, ошондой эле толкундарынын. Ошентсе да, бул бөлүкчөлөр synchrotron эле магнит шакеги менен кыймылдап, карама-каршы багыттар боюнча бирдей электр талаалар тез алат дегенди билдирет. Бул принцип жыгач сүзүшүп көптөгөн күчтүү colliders жараткан жөнүндө, т. чейин. The бир гана шакек акселератор талап кылат.

synchrotron менен нуру үзгүлтүксүз жана киргизилген кылбай жатат "болуп үйүлөт." Алар узундугу бир нече сантиметр болуп, диаметри миллиметрдин ондон бир бөлүгүн, ал эми ^{12-октябрда} бөлүкчөлөрдү түзгөн болот. Бул төмөн тыгыздыгы, анткени ушундай материалды өлчөмү 10 ²³ атом бар. Ошондуктан, бир сүзүшүп устундары кесилишкен кийин, бөлүкчөлөрү бири-бири менен жооп берет деп гана бир аз болуу ыктымалдыгы бар. Иш жүзүндө уюган шакеги айланасында көчүп, дагы бир жолу жооп берүүсүн улантууда. заряддуу бөлүкчөлөрдүн (10 ^-11 мм рт.ст.. V.) менен акселераторго Жогорку боштук бөлүкчөлөр аба молекулалары менен карама-туруп эле бир нече саат бою айланууга мүмкүнчүлүгү үчүн талап кылынат. Ошондуктан, шакек устундары, чынында, бир нече саат бою, анда сакталган, анткени, ошондой эле чогуу деп аталат.

регистрация

бөлүкчөлөр карама-каршы багытта бараткандай, максаттуу же башка бир бурчунан тийдим заряддуу бир бөлүкчөсүн көпчүлүк кездешет каттоого алат катализатору. теле сүрөт түтүкчө-жылы курал электрон ички бетиндеги Phosphor экранды уруп жана ошону менен жугуучу образын жаратат жарык чыгарууну. Мына ушундай адистештирилген детекторлор ылдамдаткычтар менен туш-тушка чачырап кеткен бөлүкчөлөр менен кабыл алып, бирок алар адатта компьютер маалыматтардын айландырылат жана компьютер программаларын жардамы менен талданды болот электрдик сигналдарды түзүү үчүн иштелип чыккан. Бир гана элементтер атомдору болуусу же козголушуна менен, мисалы, материалдык аркылуу өткөн электрдик сигналдарды өндүрө айыпталган, ал эми түздөн-түз байкоого болот. Мындай нейтрон же жарык бөлүкчөлөрүн катары нейтралдуу бөлүкчөлөрдүн алар кыймыл бар заряддуу бөлүкчөлөрдүн жүрүм-туруму аркылуу кыйыр түрдө байкоого болот.

көп адистештирилген детекторлор бар. Мындай Geiger коюлган, бөлүкчө саноо жана энергияны эсепке алуу жолдорунда же ылдамдыгы өлчөө үчүн башка колдонуулардын, мис, ошондой эле алардын кээ бирлери. өлчөмү жана технология заманбап детекторлор, заряддуу бөлүкчөлөрдүн чыгарган иондоштурулбаган тректерди таап зымдардын менен ири газ толтурулган бөлмөлөр көмөгү түзмөктөрдүн төлөмдө чейин өзгөрүп турат.

баян

Заряддуу бир бөлүкчөсүн катализатору катары, негизинен, атом ядросун жана элементардык бөлүкчөлөр касиеттерин изилдөө үчүн иштелип чыккан. Англиялык ачылгандан бери Эрнест баяндама 1919-жылы, азоттун ядро жана Alpha бөлүкчө жооп, 1932-жылга чейин өзөктүк аныкталды тармагындагы бардык изилдөө табигый элементтерди ажыроо чыккан гелий ядролору менен ишке ашырылган. Табигый Alpha-бөлүкчөлөр 8 MEV бир кинетикалык энергиясын бар, бирок баяндама оор ядролордун ажыроо мониторинг жүргүзүү боюнча жасалма жол менен да жогорку тездетилген баалуулуктарды болушу керек деп ишенишкен. учурда кыйын сезилчү. Бирок, 1928-жылы эсептөө Georgiem Gamovym (Геттинген атындагы, Германия), иондор кыйла төмөн кыйгандан колдонулушу мүмкүн, бул өзөктүк изилдөөлөр боюнча жетиштүү устун менен камсыз кылууда бир объектини куруу аракетин түрткү берди экенин көрсөттү.

Бул мезгилде башка окуялар заряддуу бир бөлүкчөсүн катализатору ушул күнгө чейин курулган турган негиздерин көрсөттү. жасалма жол менен тез иондор менен биринчи ийгиликт эксперимент Cockroft жана Уолтон 1932-жылы Cambridge University өткөрүлдү. бир чыңалуу көбөйткүч колдонуу менен, протон 710 Kev үчүн тездетилген жана акыркы эки Alpha бөлүкчөлөрдү пайда Литий менен жооп экенин көрсөттү. 1931-Жерсидеги Принстон башында Роберт Van де Graaff электростатикалык кур биринчи жогорку мүмкүн генератор курду. Voltage көбөйткүч Cockcroft-Уолтон генератор жана Van де Graaff генератор дагы ылдамдаткычтар үчүн энергия булактарын катары колдонулат.

сызыктуу резонанс акселераторго жобосу Rolf 1928.-жылы WIDEROE The Рейн-Westphalian техникалык Ахен шаарында University көрсөтүп, Германияда, ал аларга эки эсе көп болгон энергиялары үчүн натрий жана калий иондору тездетүү үчүн жогорку AC Voltage колдонгон. 1931-жылы Америка Кошмо Штаттары Эрнест Lourens жана анын жардамчысы California институтун Дөөтү Sloan Беркли, 1,2 лкө жогору энергиялары үчүн сымап иондору тездетүү үчүн көп-жыштыктуу талааларын колдонулат. Бул иш оор заряддуу бөлүкчөлөр WIDEROE боюнча акселератор толукталат, бирок ион устундары өзөктүк изилдөө пайдалуу эмес.

Магниттик-резонанстык тездик же кумах, Lawrence WIDEROE орнотуу бир өзгөртүүлөрдү катары ойлонуп табылган. Студенттик Lawrence Туран 80 Kev бир энергия менен иондор кабыл алуу, 1931-жылы кумах ынанымын көрсөттү. 1932-жылы, Лоуренс жана Туран 1 лкө караганда көбүрөөк протон ыкчамдашына жарыялады. Кийинчерээк 1930-жылы энергетикалык cyclotrons 25 MEV жетип, Van де Graaff - 4 лкө. 1940-жылы, Доналд Kerst, Иллинойс атындагы курулган Магнит түзүлүшүнө орбитасы кылдат эсептөөнүн жыйынтыктарын, колдонуу, биринчи betatron, магниттик дарстарында электрондук акселераторго.

Modern Physics: бөлүкчө катализатору

Экинчи дүйнөлүк согуштан кийин жогорку энергиялары үчүн бөлүкчөлөрдү ылдамдатуу илим тез жылыштар болгон жок. Бул Орусиянын Беркли жана Бишкек Veksler боюнча Edwin McMillan баштады. 1945-жылы, алар бири-биринен да, өз алдынча болуп этабы туруктуулукка ылайык келген. Бул түшүнүк протон энергия боюнча чектөөлөр алынып салынды жана электрондор үчүн магниттик-резонанстык ылдамдатуучулар (synchrotrons) түзүүгө жардам берген тегерек акселераторго менен бөлүкчөлөр туруктуу орбита колдоо үчүн каражат сунуштайт. Autophasing, этабы туруктуулук негизинен ишке ашыруу, California атындагы кичинекей synchrocyclotron куруу жана Англияда synchrotron кийин тастыкталган. Ошондон көп өтпөй, биринчи протон сызыктуу резонанс тездик түзүлгөн. Бул принцип андан бери жасалган бардык негизги протон synchrotrons колдонулат.

1947-жылы, William Хансен, California менен Stanford University боюнча, Экинчи дүйнөлүк согуш учурунда радар үчүн иштелип чыккан микротолкундуу технологияны колдонгон кыдыруучу толкун, биринчи электрондук сызыктуу акселератор курду.

изилдөө жылыштар болуп көрбөгөндөй ири ылдамдаткычтар курулушуна алып келген протон энергия, көбөйтүү менен мүмкүн болду. Бул жагдай жогорку өндүрүш наркы абдан чоң Магнит шакек болсо, токтоп калды. ири 40.000 тонна басат. машина көлөмү өсүш жок энергияны көбөйтүү ыкмалары басым Кайчылаш тууралуу 1952 Жезказган godu, Осиам жана Снайдер бир ыкмасы изилденген болучу (кээде басым күчтүү деп аталат). Бул негизинен иштеп Synchrotrons, мурдагыга караганда 100 эсе кичинекей магнит колдонушат. Мындай заманбап synchrotrons колдонулат багытталган.

1956-жылы Kerst бөлүкчөлөрдүн эки комплект кайчылашкан орбитасында сактап калган болсо, анда аларды сүзгөн көрө алышат экенин түшүндүм. Бул идеяны өтүнмө чен топтолушу тездетилген жыгач талап жыйындысы аталат. Бул технология ара бөлүкчөлөрүнүн максималдуу энергияны жетишти.