Циклічні прискорювачі елементарних частинок

Мал. 13. ЛАБОРАТОРІЯ Ім. Э. ФЕРМІ поблизу Батавії (США). Довжина кола «Головного кільця» прискорювача складає 6,3 км. Кільце розташоване на глибині 9 м під колом в центрі

Мал. 14. Фрагмент прискорювального кільця протонного синхротрона на енергію 7 Тев (ЦЕРН, Швейцарія)

Основними чинниками, стримуючими створення протонних синхротронів на вищі енергії, є велика вартість і складність управління, пов'язані з їх величезними розмірами.У 80-і роки ХХ століття було запропоновано відразу декількох проектів будівництва колайдерів з енергією зіткнення, що досягає десятків Тев. Проте складність їх реалізації привела до того, що в даний час споруджується лише один такий коллайдер, де стикатимуться протони з сумарною енергією зіткнення 14 Тев в системі центру інерції. Він носить назву “Великий адронний коллайдер” (LHC — Large Hadron Collider) і створюється в CERN.Запуск його намічений на 2007-2008 рік.

На мал. 14 показаний фрагмент кільця протонного синхротрона на енергію 7 Тев в ЦЕРН (м. Женева, Швейцарія), який входить до складу установки LHC (Large Hadron Collider). Довжина його кільця 26.7 км.

Найбільші протонні синхротрони, призначені для експериментів з нерухомою мішенню, приведені в таблиці.

Протонні синхротрони для експериментів з нерухомою мішенню

Прискорювач Центр, місце розташування Рік запуску Максимальна енергія протонів, Гев

PSЦЕРН

Женева, Швейцарія196028

У-70ИФВЕ

Протвіно, Росія196776

SPS ЦЕРН

Женева, Швейцарія1976450

ЦЕРН - Європейський центр ядерних досліджень,

ИФВЕ - Інститут фізики високих енергій.

3.2 Бетатрон

Мал. 15Д. Керст біля своїх бетатронів, маленький - на 2.3 Мев, великий - на 25 Мев

Мал. 16

Схема бетатрона:

а) вигляд зверху, б) перетин по лінії АА. Показані вектора і напруженості електричного і магнітного полів. 1 - електромагніт, 2 - вакуумна камера, 3 - орбіта електрона, 4 - інжектор, 5 - гальмівна мішень, 6 - гальмівне випромінювання.

Його перший екземпляр був побудований в 1940 р. Д. Керстом. Бетатрон - це індукційний прискорювач, в якому енергія електронів збільшується за рахунок вихрового електричного поля, що створюється магнітним потоком, що змінюється, направленим перпендикулярно до площини орбіти частинок. Електрони рухаються по круговій орбіті постійного радіусу в наростаючому в часі по синусоїдальному закону в магнітному полі (зазвичай промислової частоти 50 Гц). Утримання електронів на орбіті постійного радіусу забезпечується певним чином підібраним співвідношенням між величинами магнітного поля на орбіті і усередині неї. Робочим циклом є перша (наростаюча) чверть періоду магнітного поля.