23107

Прискорювачі заряджених частинок та принципи їх роботи

Доклад

Физика

При непрямих методах прискорення електричне поле індукується змінним магнітним полем або використовується змінне електричне поле у вигляді біжучих або стоячих хвиль. Ідея прискорення заряджених частинок електричним полем яке породжується змінним магнітним полем. Основна складова – потужний електромагніт обмотка якого живиться змінним струмом з частотою сотні МГц. При зміні маг потока з’являється вихрове ел поле і на кожний електрон в камері діє сила eE.

Украинкский

2014-09-21

62.5 KB

0 чел.

49. Принцип роботи прискорювачів заряджених частинок.

В прискорювачах прискорення  заряджених частинок відбувається в електричному полі. При проходженні зарядом e різниці потенціалів U, він набуває  швидкості v, що визначається із закону збереження енергії, що у випадку нерелятивістських швидкостей має вигляд , звідки . В залежності від способу  створення прискорюючого електричного поля, методи прискорення  поділяють на прямі  і непрямі. . При перших методах прискорення, електричне поле створюється  безпосередньо між двома  металевими електродами, до яких прикладається  різниця напруг. Ця напруга, що прикладається, буде дорівнювати  прискорюючій різниці потенціалів. На прямому методі прискорення працюють електростатичні прискорювачі. (Це прискорювач Кокрофта-Уолтона).

При непрямих методах прискорення, електричне поле індукується змінним магнітним полем, або використовується змінне електричне поле, у вигляді біжучих або стоячих хвиль.

Прискорення частинок можливе лише  у вакуумному просторі, так як в наслідок зіткнень з атомами речовини, частинка не зможенабути достатньої кінетичної енергії.

Електростатичні прискорювачідозволяють отримувати пучки заряджених частинок струмом 100-150мкА, максимальною енергією 8-10МеВ, точність енергії. Отримання більших ускладнюється неможливістю створення великої напруженості електричного поля: в повітрі при атмосферному тиску напруженість обмежена величиною 30кВ/см. підвищення енергії майже вдвічі можливе при використанні каскадних електростатичних прискорювачів. В першому каскаді  відбувається  прискорення  від’ємних іонів. Між каскадами іони перезаряджаються  і в другому каскаді додатково  прискорюються  додатні іони. Ці прискорювачі називаються тандемами. Один різновид електростатичного прискорювача – тандем генератори. Тандем являє собою 2 ел-стат прискорювача, включені послідовно. Суть в тому, щоб одну й ту саму напругу використати двічі. З джерела – від’ємні іони, вони прискорюються першим генератором, потім їх направляють на тонку металеву пластинки, де вони перезаряджаються, і додатні іони прискорюються другим генератором. Енергію, яку можна отримати – до 25 МеВ.

Непрямі методи. Ідея прискорення заряджених частинок електричним полем , яке породжується змінним магнітним полем.

Основна складова – потужний електромагніт, обмотка якого живиться змінним струмом з частотою сотні МГц. Між полюсами – тороідальна камера, в якій високий вакуум. В камеру попадає пучок електронів, отриманих за допомогою термоелектронної емісії в джерелі всередині камери. При зміні маг потока зявляється вихрове ел поле і на кожний електрон в камері діє сила eE. Лінії напруженності ел поля замкнуті, то напрям сили буде весь час співпадати з напрямом руху. Електрони, обертаючись в маг полі, будуть збільшувати свою енергію. Маг поле виконує 2 функції: 1) джерело ел поля, в якому прискорюються частинки, 2) утримує частанки на  орбіті, розвертаючи їх. Енергія електрона буде зростати, тому щоб утримувати електрони на орбіті треба збільшувати маг поле. Тому на катушки подають sin поле. ¼ періода частинки прискорюються, за цей час набувають 200-300 МеВ. Коли енергія електронів стає близькою до макс, електрони виводять з орбіти та бомбардують ними мішень. При русі по орбіті на електрон діють сили: 1) відцентрова , 2) сила Лоренца . Умова стійкості орбіти електрона: ; , p – імпульс електрона. При русі по орбиті на електрон діє сила з боку маг поля: ,  - ерс, , - потік,  - індукція маг поля всередині (загальна),  - індукція маг поля на орбіті, S-площа, R – радіус орбіти. . Отже, умова стійкості: співвідношення маг індукції всередині поля та на перефірії: .

Прискорювачі які працють на такому принципі прискорення поділяють на бетатрон, циклотрон, ізохронний циклотрон, синхротрон.

Розподіл маг поля

r

Вакуумна камера

0,5

1

B


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75423. Бінарні сенсори. Цифрові сенсори 480 KB
  Бінарні сенсори влаштовані як реле (перемикачі) або як аналогові сенсори з перемикачем порогового значення. Коли вхідна величина сенсора досягає порогу перемикання, бінарний вихідний сигнал змінює значення. Під час зміни вхідної величини у зворотному напрямі, по досягненню порогового значення...
75424. Інкрементальні сенсори положення. Кодові лінійки і диски абсолютних сенсорів 631 KB
  Інкременгальні сенсори переміщення оснащені лінійкою з рисковими поділками. Читання положення рисок здійснюється оптичними або магнітними методами. В сенсорах через які проходить світло використовуються скляні лінійки з рисками які поглинають світло і проміжками які пропускають світло шириною 4 мкм рис. Пристрої які зчитують це складаються з потужного джерела світла зчитувальної пластинки і електронної системи аналізу.
75425. Основи і методи регулювання. Основні поняття. Види регулювання 205.5 KB
  Види регулювання. Регулювання. Регулювання є дією яка полягає в такому впливі на поточно вимірювану регульовану величину щоб вона була подібною до заданої величини.
75426. Регулятор і система регулювання 7.58 MB
  Регулятори: перервні аналогові цифрові. Регулятори: первинні аналогові цифрові Регулятори неперервної дії аналогові змінюють значення регульовальної координати об’єкту неперервним чином тобто ця координата може приймати будьякі значення з усього можливого діапазону. Неперервні регулятори будуються як правило з електронних операційних підсилювачів. Реулятори дискретної дії цифрові змінюють значення регульованої координати об’єкту так само як і регулятори первинної дії але в них зміна величини відбувається лише в певні моменти...
75427. Двохпозиційні регулятори 96 KB
  Принцип роботи Двохпозиційні регулятори забезпечують хорошу якість регулювання для інерційних обєктів з малим запізнюванням не вимагають настройки і прості в експлуатації. Ці регулятори представляють звичайний і найбільш широко поширений метод регулювання...
75428. Передумови розвитку мехатроніки і сфери застосування мехатронних систем. Класифікаційні ознаки мехатроніки 53.5 KB
  Передумови розвитку мехатроніки і сфери застосування мехатронних систем. Класифікаційні ознаки мехатроніки Останніми роками виникла і бурхливо розвивається у всьому світі нова галузь науки і техніки мехатроніка. Вузли модулі і системи мехатроніки МС стають основою технологічних машин і агрегатів з новими властивостями для різних галузей промисловості а також вони можуть бути використані при розробці периферійних пристроїв устроїв...
75429. Концепція побудови мехатронних систем. Визначення і термінологія мехатроніки 52.5 KB
  Мехатроніка це нова галузь науки і техніки присвячена створенню і експлуатації машин і систем з компютерним управлінням рухом яка базується на знаннях в області механіки електроніки і мікропроцесорної техніки інформатики і компютерного управління рухом машин і агрегатів.
75430. Механічні та електричні інтерфейси сенсорів. Оптикомеханічні і фото імпульсні здавачі 45.5 KB
  Інтерфейси сенсорів залежно від фізичного характеру вхідних змінних стану системи можна розділити на електричні і механічні. До механічних відносяться приєднувальні пристрої для датчиків зворотного звязку приводів (оптикомеханічних, фотоімпульсних, кодових, тахогенераторів, потенціометрів, резольверов)
75431. Основні принципи техніки керування 511 KB
  Механічна енергія з валу електричного двигуна передається до регулювальної передачі в якій швидкість напрям та час тривання обертання стартстоп можуть регулюватися за допомогою механічних пневматичних гідравлічних або електричних сигналів. Це можна здійснити перериваючи неперервний обертовий рух за допомогою додаткового доданого до передачі вимикального механізму. Регульовані передачі. У більшості випадків потужність отримувана на вхідному валі передачі привідному є постійна.