Принцип действия ускорителя заряженных частиц.

Рассмотрим в качестве примера ускорителя циклотрон. В основу его работы положена независимость периода обращения заряженной частицы от ее скорости (см. п. 4). Циклотрон состоит из двух электродов в виде половинок круговой коробки, которые называются дуантами. На дуанты подается переменное напряжение. Поскольку дуанты металлические, пространство внутри дуантов эквипотенциальное, внутри только магнитное поле электромагнитов, между полюсами которых и помещены дуанты (поле перпендикулярно к дуантам).

 

 

Частица 1, введенная в зазор между дуантами, будет подхвачена электрическим полем и втянута внутрь одного из дуантов. Далее частица будет двигаться по окружности, радиус которой пропорционален скорости частицы (см. пункт 4). Частота изменения напряжения подбирается так, чтобы к моменту, когда частица, пройдет половину окружности, подойдет к зазору между дуантами, напряжение на дуантах меняет знак и достигает амплитудного значения. Частица снова ускоряется и влетает во второй дуант с энергией, большей, чем в первом. С большей скоростью частица будет двигаться по окружности с большим радиусом , но т.к. период постоянен, время, за которое частица пройдет половину окружности, остается прежним.

Рис. 26.7

К моменту, когда частица влетит в зазор между дуантами, напряжение снова изменит знак и примет амплитудное значение. Частица движется по кривой, близкой к спирали, получая при каждом прохождении через зазор дополнительную порцию энергии (рис.26.7).

На последнем витке пучок быстрых заряженных частиц выводится наружу, бомбардируя частицы мишени.

 

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Напишите выражение для силы, действующей на заряженную частицу в случае одновременного наличия однородного электрического и магнитного поля?

2. По какой траектории будет двигаться заряженная частица в однородном магнитном поле, если , , и направлены произвольно? Дайте объяснение.

3. Почему кинетическая энергия движущейся в постоянном магнитном поле заряженной частицы не меняется?

4. Когда движущаяся заряженная частица при одновременном наличии однородных электрического и магнитного поля не будет испытывать отклонений от первоначальной траектории?

5. Приведите пример «электронной оптики».

6. В чем состоит эффект Холла?

7. Как действует циклотрон?