УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

В циклич. ускорителях с однородной фокусировкой период обращения растёт
с увеличением энергии, т. к. в соотношении (1) ср. радиус орбиты растёт
с возрастанием энергии быстрее, чем скорость частицы. В ускорителях со
знакопеременной фокусировкой зависимость ср. радиуса орбиты от энергии
значительно слабее; поэтому при малых энергиях период обращения обычно
уменьшается с ростом энергии (у растёт быстрее, чем <R>), а при
больших энергиях - увеличивается с ростом энергии (<R> растёт быстрее,
чем v, к-рая ограничена скоростью света). При периоде, растущем
с энергией, устойчива правая фаза на рис. 1: если частицаслучайно попадёт
в фазу фпоэтому её период обращения станет меньше равновесного, частица отстанет
по фазе и, следовательно, её фаза приблизится к равновесной фазе фЕсли же период уменьшается с ростом энергии, то фаза фо становится неустойчивой,
а устойчивой будет симметричная ей фаза - фесли eVдостаточно велико, всегда существуют устойчивая
равновесная фаза и область близких к ней фаз (область захвата), в пределах
к-рой частицы колеблются около равновесной. Прирост энергии равновесной
частицы еVосоsфT=qTгде q - целое число, наз. кратностью частоты, или кратностью
ускорения. Так, для циклич. ускорителя энергия равновесной частицы

(3')

где w- частота ускоряющего поля, так что для увеличения равновесной энергии
нужно либо увеличивать магнитное поле (синхротрон), либо уменьшать частоту
ускоряющего поля (фазотрон), либо изменять и то и другое (синхрофазотрон),
либо, наконец, изменять кратность ускорения q (микротрон). Закон
изменения магнитного поля, частоты и кратности ускорения и определяет значение
фазы фо для равновесной частицы; вследствие автофазировки равновесная частица
набирает именно ту энергию, к-рая определяется соотношением (3'). В соответствии
с энергией изменяется радиус равновесной орбиты, определяемый формулой
(2).

Для неравновесных частиц,
находящихся внутри области захвата, прирост энергии происходит неравномерно,
но в среднем они приобретают ту же энергию, что и равновесная частица.
Эти частицы "захвачены" в режим ускорения. Частицы, сильно отличающиеся
от равновесных по фазе или по энергии, вообще в среднем не будут приобретать
энергии, т. к. будут попадать то в ускоряющее, то
в замедляющее поле (" скользить по фазе ускоряющего напряжения").

Аналогичный механизм фазировки
имеет место и в линейных резонансных ускорителях с той разницей, что там
всегда время прохождения расстояний между соседними зазорами уменьшается
с ростом энергии, так что устойчивая равновесная фаза всегда равна - фо.



Фокусировка частиц в ускорителях.
В циклич. ускорителях фокусировка достигается главным образом спец.
подбором формы магнитного поля. Если бы магнитное поле было строго однородно,
то при любом отклонении скорости частицы от плоскости орбиты ускоряемая
частица уходила бы с равновесной орбиты в направлении оси магнита (по вертикали
г). Но если магнитное поле уменьшается с увеличением радиуса, то оно имеет
ч бочкообразную" форму (это связано с тем, что в отсутствии токов магнитное
поле - безвихревое), благодаря чему сила F, действующая на частицу, имеет
составляющую Fпо направлению к плоскости равновесной
орбиты (рис. 2).

Изменение поля по радиусу
принято характеризовать показателем спада поля п = - д(lnВ)/д(lnR).
Т. о., для устойчивости движения в вертикальном (аксиальном) направлении
необходимо вы-

полнение условия n>0, т.е.
чтобы поле убывало с увеличением радиуса. Движение в радиальном направлении
определяется соотношением между силой действия на частицу магнитного поля
eBv/c
и центростремительной силой mv²/R, соответствующей
радиусу К. На равновесной орбите обе эти величины равны. Если частица с
той же скоростью случайно оказалась на большем радиусе, то для обеспечения
устойчивости в радиальном направлении нужно, чтобы сила действия магнитного
поля на этом радиусе eBv/c была больше, чем mv²/R,
т.
е. чтобы магнитное поле уменьшалось медленее, чем 1/К. Тот же вывод получается,
если рассмотреть случайное отклонение частицы в сторону меньших радиусов.
Т. о., условие устойчивости в радиальном направлении налагает ограничение
на скорость убывания магнитного поля: показатель спада поля
п должен
быть меньше 1 (п < 1). Для одновременной устойчивости в радиальном
и вертикальном направлениях должно выполняться условие:

0<n<1. (4) Можно показать,
что силы фокусировки, действующие по радиусу и по вертикали,

получаются при этом равными:

где m - масса, w - угловая
скорость обращения частицы, dR и dz-отклонения частицы от равновесной орбиты
по радиусу и по вертикали. Под действием этих фокусирующих сил частицы
совершают колебания (т. н. бетатронные колебания) вокруг равновесной орбиты
с частотами:

Эти частоты меньше частоты
обращения со, т. е. за оборот частица совершает меньше одного бетатронного
колебания. Фокусирующие силы ограничены предельно допустимыми значениями
п.
Такая фокусировка наз. однородной, или слабой.

Для того чтобы увеличить
фокусирующую силу по вертикали, надо применить сильно спадающее поле (n>>1).
Напротив, для получения большой фокусирующей силы по радиусу надо применить
поле с большими отрицат. значениями п (т. е. сильно возрастающее
по радиусу). Эти требования одновременно несовместимы. Однако оказывается,
что при определённых ограничениях их можно реализовать поочерёдно, обеспечив
тем самым сильную фокусировку и по радиусу, и по вертикали. На этом основан
принцип знакопеременной фокусировки (рис. 3). Вся длина равновесной орбиты
разбивается на большое число одинаковых периодов, в к-рых устанавливаются
магниты, сильно фокусирующие попеременно то по радиусу, то по вертикали.
При определённом соотношении между значениями показателя спада магнитного
поля, длиной магнитов и числом периодов такая система обладает сильным
фокусирующим действием по обоим поперечным направлениям. Физически это
объясняется тем, что в фокусирующих магнитах частица оказывается дальше
от равновесного положения, чем в дефокусирую-щих (т. к. предшествующий
дефокуси-рующий магнит отклонил её от орбиты), поэтому действие фокусирующих
магнитов сильнее действия дефокусирующих. Частота колебаний частиц при
такой фокусировке получается существенно выше частоты обращения, так что
за один оборот частица совершает неск. колебаний. Увеличение фокусирующей
силы приводит к уменьшению амплитуды колебаний частиц под действием различных
раскачивающих факторов, что позволяет уменьшить поперечные размеры вакуумной
камеры и магнитов, а следовательно, существенно уменьшить вес и стоимость
установки. Поэтому во всех крупных циклических ускорителях на большие энергии
применяется знакопеременная (сильная) фокусировка. Неприятная особенность
сильной фокусировки - наличие многочисленных резонансов, обусловленных
большой частотой колебаний частиц: если число колебаний частицы по вертикали
или по радиусу за один полный оборот частицы или их сумма или разность
оказываются целыми или полуцелыми числами, то происходит резонансная раскачка
колебаний. В связи с этим необходимо предъявлять большие требования к точности
изготовления магнитов.

Знакопеременная фокусировка
магнитным полем применяется и в линейных ускорителях
с той разницей, что на равновесной орбите (прямая) магнитное поле равно
нулю. Система фокусировки представляет собой в этом случае набор магнитов
(магнитных квадрупольных линз), создающих магнитное поле, равное нулю на
оси О системы и линейно нарастающее при отклонении от оси (рис. 4). В одной
плоскости магниты фокусируют частицы (сила F направлена к оси),
в дру гой - дефокусируют
(F направлена от оси). Эти плоскости фокусировки чередуются от магнита
к магниту, что и приводит к знакопеременной фокусировке. При малых энергиях
частиц наряду с магнитной фокусировкой применяется (как в циклических,
так и в линейных ускорителях) фокусировка электрич. полем, для чего используется
ускоряющее электрич. поле установки. Принцип фокусировки пояснён на рис.
5. В обычном ускоряющем зазоре электрич. поле обычно "провисает" внутрь
в центре зазора. Поэтому в первой части зазора оно имеет составляющую,
направленную к оси зазора (фокусирующую), во второй - от оси зазора (дефокусирующую).
Результирующий фокусирующий эффект получается, если фокусирующее действиеоказывается
больше дефокусирующего. Поскольку частица, проходя зазор, ускоряется, то
во второй части зазора она летит быстрее, т. е. находится там меньшее время,
чем в первой, поэтому фокусирующее действие преобладает. Этот эффект, основанный
на изменении скорости частицы, наз. электростатической фокусировкой. Он
имеет заметную величину лишь для малых скоростей частиц, так что его применение
в ускорителях ограниченно. Разность действия электрич. поля в первой и
во второй части зазора может быть обусловлена также изменением электрич.
поля во времени (электродинамическая фокусировка): если за время пролёта
электрич. поле уменьшается, то дефокусирующее действие оказывается меньше
фокусирующего. Фокусировка такого типа имеет место в циклотроне и фазотроне
как дополнит. фактор к магнитной фокусировке. Однако в линейных ускорителях
протонов устойчивой является отрицат. фаза фо (см. выше), при к-рой поле
растёт со временем. Поэтому в линейных ускорителях электрич. поле дефокусирует
и нужны спец. дополнит, меры для фокусировки частиц.

Можно и к электрич. полю
применить принцип знакопеременной фокусировки. Напр., с помощью электродов
сложной формы можно обеспечить изменение знака фокусирующей силы от зазора
к зазору или, меняя от зазора к зазору знак равновесной фазы, можно получить
систему со знакопеременной фокусировкой и знакопеременной фазировкой. Такие
системы были предложены и разработаны, но они имеют весьма ограниченное
применение.

При больших интенсивностях
ускоряемых пучков начинает сказываться взаимодействие между отд. частицами
пучка; расталкивание по закону Кулона одноимённо заряженных частиц приводит
к ослаблению фокусирующих сил. В цик-лич. У. з. ч. испускаемое частицами
электромагнитное излучение (т. н. син-хротронное излучение; см.
ниже) также может вызвать неустойчивость движения. В различных ускорителях
взаимодействие заряженных частиц сказывается по-разному, но почти всегда
именно оно определяет предельно достижимую интенсивность (наряду с ним
иногда оказывается определяющей мощность, необходимая для ускорения пучка).
IV. Основные типы современных
ускорителей
А. Циклические ускорители

Синхрофазотрон (протонный
синхротрон)- циклич. резонансный ускоритель протонов с изменяющимся во
времени магнитным полем (В) и изменяющейся частотой ускоряющего электрич.
поля (wВ меняются в строгом
соответствии друг с другом, так чтобы радиус равновесной орбиты R оставался
постоянным. В синхрофазотроне частота обращения частиц w = wи ср. значение магнитной индукции <В> на орбите связаны соотношением:

Это условие вытекает из формул
(3) и (2). Из формулы (7) видно, что с ростом маг нитного
поля частота обращения сначала увеличивается пропорционально полю, а затем
меняется всё медленнее, приближаясь к предельному значению с/ < R
> , отвечающему движению частицы со скоростью света; соответственно
должна изменяться частота ускоряющего поля wq. Постоянство
радиуса равновесной орбиты позволяет сделать магнит синхрофазотрона в виде
сравнительно узкого кольца, что сильно удешевляет установку. Из всех совр.
У. з. ч. синхрофазотроны позволяют получать самые высокие энергии частиц.
До 1972 самым большим ускорителем в мире являлся Серпуховский синхрофазотрон
(СССР), ускоряющий протоны до энергии 76 Гэв. В 1972 в США (Батейвия)
запущен синхрофазотрон на 200 Гэв; в 1975 его энергия была увеличена
до 400 Гэв, а в 1976 - до 500 Гэв. В 1976 введён в строй
ускоритель на 400 Гэв в Европейском центре ядерных исследований
(ЦЕРН,
близ Женевы). Проектируются синхрофазотроны на 1000 Гэв и выше.

Поскольку предельное значение
магнитного поля ограничено технич. возможностями, то, как следует из соотношения
(2), увеличение энергии неизбежно сопряжено с увеличением радиуса установки.
Для максимальных достигнутых энергий радиус ускорителей составляет сотни
м,
а в проектируемых ускорителях на сверхвысокие энергии - неск.
км.
Именно размер установки, а следовательно и её стоимость, ограничивает
предельную достижимую энергию в ускорителе. Наименьшая энергия, для получения
к-рой применяют синхрофазотроны, составляет примерно 1 Гэв; для
получения протонов меньшей энергии целесообразно применять фазотроны (см.
ниже).

Протоны вводятся (инжектируются)
в синхрофазотрон извне из др. ускорителя меньшей энергии. Таким предварительным
ускорителем служит линейный ускоритель, а иногда также вспомогательный
(бустерный) кольцевой ускоритель, для к-рого, в свою очередь, инжектором
служит линейный ускоритель. Такая многоступенчатая схема, повышая энергию
инжекции, облегчает условия работы осн. ускорителя (легче выдержать допуски
на точность воспроизведения магнитного поля при инжекции, в меньшем диапазоне
нужно изменять частоту ускоряющего поля) и удешевляет его, а также повышает
достижимую в ускорителе интенсивность ускоренного пучка.

В синхрофазотроне со слабой
фокусировкой магнитная система состоит из неск. магнитныхсекторов (рис.
6), разделённых прямолинейными промежутками. В промежутках располагаются
системы ввода, ускоряющие устройства, системы наблюдения за пучком, вакуумные
насосы и др. Вводное устройство служит для перевода частиц из инжектора
в вакуумную камеру осн. ускорителя. Обычно ввод производится с помощью
импульсного отклоняющего устройства, электрическое или магнитное поле к-рого
"заворачивает" впускаемые частицы, направляя их по орбите. В вакуумной
камере, представляющей собой сплошную замкнутую трубу, охватывающую область
вокруг равновесной орбиты, создаётся с помощью непрерывно действующих откачивающих
насосов достаточно низкое (10^-6 мм рт.ст.) давление,
чтобы рассеяние ускоряемых частиц на остаточном газе не приводило к расширению
пучка и потере частиц. Закруглённые участки камеры расположены в зазорах
между полюсами электромагнитов, создающих внутри камеры магнитное поле,
необходимое для управления движением частиц по замкнутой орбите (заворачивания
частиц по орбите). Т. к. радиус равновесной орбиты должен оставаться постоянным,
необходимо, чтобы магнитное поле росло в процессе ускорения от значения,
соответствующего энергии ин-жекции, до максимального значения, соответствующего
конечной энергии. Возрастание магнитного поля осуществляется увеличением
силы тока, протекающего через обмотки электромагнитов. Форма полюсов магнитов
подбирается так, чтобы обеспечить слабое спадание магнитного поля по радиусу
в соответствии с условием (4), необходимое для устойчивого движения частиц
в поперечном направлении. В одном или нескольких зазорах расположены ускоряющие
устройства, создающие переменное электрическое поле. Частота поля изменяется
в строгом соответствии с изменением магнитного
поля [см. формулу (7)].

Необходимая точность воспроизведения
частоты очень велика. Это достигается обычно с помощью системы автоматического
слежения за частотой по данным о положении частиц: ошибка в частоте приводит
к отходу частиц от равновесного положения, чувствительные датчики регистрируют
этот отход, их сигнал усиливается и используется для введения необходимых
поправок в частоту.

Под действием ускоряющего
поля частицы инжектированного пучка распадаются на сгустки, группирующиеся
вокруг устойчивых равновесных фаз. Число таких сгустков, располагающихся
по окружности ускорителя, равно кратности ускорения q. В процессе
ускорения сгустки сокращаются по длине, сжимаясь к равновесной фазе. Одновременно
происходит уменьшение поперечных размеров пучка, к-рый в начале ускорения
занимает почти всё сечение вакуумной камеры.

Синхрофазотрон с сильной
фокусировкой отличается прежде всего устройством магнитной системы, состоящей
из большого числа магнитов, в к-рых чередуются сильное спадание и сильное
нарастание магнитного поля по радиусу. Фокусировка частиц в этом случае
значительно сильнее, чем в слабофокусирующем ускорителе. Каждый магнит
(рис. 7) осуществляет две функции: заворачивает частицы по орбите и фокусирует
их (система с совме щёнными
функциями). Применяется также магнитная структура с разделёнными функциями,
в к-рой для заворачивания частиц используются магниты с однородным полем,
а фокусировка осуществляется с помощью магнитных квадрупольных линз, расположенных
в промежутках между магнитами.

Переход к сильнофокусирующим
магнитным системам сопряжён с повышением требований к точности изготовления
и монтажа магнитов; при длине кольцевого магнита больше 1 км точность
монтажа измеряется десятыми и сотыми долями мм. Это обусловлено
большой чувствительностью поведения частиц к различным случайным отклонениям
магнитного поля, связанной с резонансной раскачкой пучка.

Другая особенность ускорителя
с сильной фокусировкой - наличие т. н. критической, или переходной, энергии.
При энергии частицы меньше критической устойчивая равновесная фаза расположена
на восходящей части кривой напря жения
(фаза -ф(как в линейном ускорителе). При энергии частицы больше критической увеличение
энергии приводит, напротив, к увеличению периода обращения (как в ускорителе
со слабой фокусировкой) и равновесной становится фаза +фо. Чтобы при прохождении
критической энергии не происходили потери пучка, в момент перехода через
критическую энергию в систему вводится быстрое смещение фазы колебаний
на 2фбыли сгруппированы вблизи устойчивой фазы - фв окрестности новой устойчивой фазы + ф

Ускоренный в синхрофазотроне
пучок либо используется внутри камеры (наводится на внутр. мишень), либо
выводится из ускорителя отклоняющим устройством того же типа, что и в системе
ввода, но более мощным из-за большой скорости частиц. После этого начинается
новый цикл ускорения. Частота следования циклов ускорения в совр. синхрофазотронах
составляет 5-30 циклов в минуту. В каждом цикле ускоряется 10¹¹
-10¹³ частиц. В принципе предельная интенсивность определяется
ограничивающим влиянием пространств. заряда.

В связи с тем, что синхрофазотроны
на сверхвысокие энергии потребовали бы очень больших размеров и сверхвысокой
точности изготовления установки (в частности, магнита), рассматриваются
возможности применения сверхпроводящих материалов в электромагнитах ускорителя
(что позволяет получить магнитные поля по крайней мере в 3-4 раза выше
обычных и во столько же раз сократить размеры установки) и методов автома-тич.
управления параметрами ускорителя (что позволяет ослабить требования к
точности его изготовления).



Синхротрон - циклический
резонансный ускоритель электронов, отличающийся от синхрофазотрона тем,
что в нём изменяется во времени лишь магнитное поле, а частота ускоряющего
электрич. поля остаётся неизменной. Т. к. при постоянной частоте обращения
радиус орбиты пропорционален скорости частиц (R = v/w), а для электронов
уже при энергии порядка 1 Мэв скорость очень близка к скорости света
(т. е. очень слабо меняется с ростом энергии), то радиус равновесной орбиты
почти не меняется. Поэтому магнит синхротрона (как и магнит синхрофазотрона)
имеет вид кольца. Конструктивно как слабо-, так и сильнофокусирующий синхротроны
весьма схожи с синхрофазотроном (поэтому синхрофазотрон и наз. также протонным
синхротроном). Максимально достижимые в синхротроне энергии определяются
в первую очередь электромагнитным излучением релятивистских электронов.
Электроны, движущиеся по круговым траекториям, испытывают центростремительное
ускорение и, согласно законам электродинамики, должны излучать электромагнитные
волны (см. Синхротронное излучение). Излучаемая электроном за 1
оборот энергия равна:

(Е=
m2 - энергия покоя частицы, равная для электрона
0,5 Мэв), т. е. очень быстро растёт с увеличением энергии электрона.
[В принципе электромагнитное излучение имеет место при движении по окружности
любых заряженных частиц, но для тяжёлых частиц (протонов, ядер) Емного
больше, чем для электронов, так что их излучение при достигнутых в ускорителях
энергиях не проявляется.] В больших электронных ускорителях энергия, излучаемая
за 1 оборот, становится сравнимой с энергией, набираемой частицей. Получаемая
электроном от ускоряющего поля энергия еVчастью на увеличение энергии частицы, а частью на излучение. Излучение
сказывается и на колебаниях частиц около равновесной орбиты: с одной стороны,
излучение, действуя подобно трению, вносит затухание в колебания частиц,
с другой - из-за квантового характера излучения (излучение фотонов) торможение
происходит не плавно, а как бы щелчками, что вносит дополнит. раскачку
колебаний. Вследствие больших потерь на излучение ускоряющая система должна
развивать очень большую мощность. Хотя постоянство частоты обращения позволяет
применить резонансные системы с фиксированной частотой, тем не менее именно
трудности создания ускоряющей системы ограничивают в первую очередь предельно
достижимые энергии. К 1976 в синхротронах достигнуты макс. энергии порядка
5-10 Гэв

(см. табл. 2). Существуют
проекты синхротронов на 100-150 Гэв. В синхротронах на меньшие энергии
(сотни Мэв) Вместо инжекции извне (как в синхрофазотроне) часто
применяют бетатронную инжекцию: ускоритель сначала работает как бетатрон
(см. ниже), а после достижения электроном релятивистских скоростей (v=c)
включается
ускоряющее ВЧ поле и ускоритель переходит на син-хротронный режим.



Фазотрон (синхроциклотрон,
циклотрон с вариацией частот ы) - третий осн. тип резонансных циклич. ускорителей,
работающих на принципе автофазировки. В фазотроне магнитное поле постоянно
во времени, а частота ускоряющего электрич. поля меняется. Из соотношения
(3') видно, что для увеличения равновесной энергии частоту следует уменьшать.
Фазотрон применяется для ускорения тяжёлых частиц (протонов, дейтронов,
а-частиц). Крупнейшие совр. фазотроны дают протоны с кинетич. энергией
до 1000 Мэв. В фазотроне частицы движутся по спиральным траекториям
от центра, где расположен ионный источник (га-

зовый разряд), к периферии
вакуумной камеры (рис. 8). Энергию они приобретают за счёт многократного
прохождения ускоряющего зазора. Ускоренные частицы либо используются внутри
камеры, либо выводятся наружу с помощью отклоняющих систем. Изменение частоты
ускоряющего поля осуществляется с помощью вариатора - конденсатора переменной
ёмкости, включённого в резонансный контур. Вследствие того что орбита частицы
в фазотроне имеет форму спирали, магнит фазотрона не кольцевой, а сплошной,
так что магнитная система весьма громоздка. Именно поэтому при энергиях
выше 1 Гэв отдают предпочтение синхрофазотрону, хотя достигаемая
в нём интенсивность ускоренного пучка существенно ниже.

В фазотронах с однородным
по азимуту магнитным полем фокусировка по вертикали очень слабая, т. к.
n"1. Для её увеличения иногда применяют дополнит. модуляции магнитного
поля по азимуту, т. е. используют знакопеременную фокусировку.

Описанные 3 типа резонансных
ускорителей, основанных на механизме автофазировки, работают в импульсном
режиме: определённая группа захваченных в синхротронный режим частиц повышает
свою энергию по мере надлежащего изменения частоты ускоряющего поля и (или)
индукции магнитного поля. После достижения максимальной энергии эта группа
частиц либо используется внутри камеры, либо выводится из ускорителя; параметры
ускорителя возвращаются к исходным значениям, и начинается новый цикл ускорения.
Длительность импульса ускорения в синхротронах и фазотронах порядка сотых
долей сек, в синхрофазотронах - неск. сек.



Циклотрон - циклич.
резонансный ускоритель протонов (или ионов), в к-ром и магнитное поле,
и частота ускоряющего электрич. поля постоянны. В отличие от ранее описанных
ускорителей, цикло трон
- ускоритель непрерывного действия. Конструктивно он весьма схож с фазотроном.
Частицы из ионного источника непрерывно поступают в вакуумную камеру и
ускоряются электродами, двигаясь по спирали. Однако поскольку в циклотроне
с однородной фокусировкой wВ постоянны во времени, а энергия частиц растёт, то условие резонанса (3')
нарушается: резонансное ускорение может происходить лишь до тех пор, пока
приобретённая кинетич. энергия W много меньше энергии покоя m2,
т. е. пока не сказывается эффект релятивистского возрастания массы частицы.
Это и определяет предел достижимых энергий в циклотроне (для протонов примерно
10-20 Мэв), причём предельная энергия достигается при очень больших
значениях напряжения на ускоряющих электродах. Зато циклотрон вследствие
работы в непрерывном режиме обладает преимуществом по интенсивности. Магнитное
поле в циклотроне очень слабо спадает по радиусу (сильное спадание поля
ещё больше усилило бы отклонение от точного резонанса). Поэтому фокусировка
магнитным полем в вертикальном направлении очень слабая (n=0), особенно
в центре магнита. Однако в центр. области скорости частиц ещё малы и существенное
влияние оказывает фокусировка электрич. полем.

Соблюдение точного резонанса
между частицей и ускоряющим полем постоянной частоты можно обеспечить и
в циклотроне, если магнитное поле будет расти по радиусу. В ускорителе
с однородной фокусировкой это недопустимо из-за неустойчивости движения
в вертикальном направлении. Если же использовать знакопеременную фокусировку,
то можно реализовать устойчивое ускорение до значительно больших энергий,
чем в обычных циклотронах. Такого типа установки (секторные, или изохронные,
циклотроны), обладая преимуществом большой интенсивности, свойственным
циклотронам, способны давать интенсивные пучки протонов при энергиях до
1000 Мэв. Изохронный циклотрон SIN (Швейцария) даёт протонный
ток 12 мка (максимальная энергия ускоренных частиц в циклотроне
- 590 Мэв).



Микротрон (электронный
циклотрон)- циклич. резонансный ускоритель, в к-ром, как и в циклотроне,
и магнитное поле, и частота ускоряющего поля постоянны во времени, но резонансное
условие в процессе ускорения всё же сохраняется за счёт изменения кратности
ускорения q. Частица обращается в микротроне в однородном магнитном
поле, многократно проходя ускоряющий резонатор. В резонаторе она получает
такой прирост энергии, что её период обращения изменяется на величину,
равную или кратную периоду ускоряющего напряжения. При этом, если частица
с самого начала обращалась в резонанс с ускоряющим полем, этот резонанс
сохраняется, несмотря на изменение периода обращения. Напр., первый оборот
частица проходит за один период ускоряющего поля ( т. е. q = 1), второй
за два ( q = 2), третий - за три (q = 3) и т. д. Ясно, что
частица попадает при этом в одну и ту же фазу ускоряющего поля. В микротроне
действует механизм автофазировки, так что частицы, близкие к равновесной,
также будут ускоряться. Микротрон - ускоритель непрерывного действия и
способен давать

Рис. 8. Схема движения частиц
в циклотроне и фазотроне; магнитное поле перпендикулярно плоскости чертежа.
1 - ионный источник; 2 - орбита ускоряемой частицы (спираль); 3
- ускоряющие электроды; 4 - выводное устройство (отклоняющие
пластины); 5 - источник ускоряющего поля.

Табл. 2. -Крупнейшие циклические
ускорители