Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Автофазировка

Автофазировка (далее А) явление, обеспечивающее ускорение электронов, протонов, альфа-частиц, многозарядных ионов до высоких энергий (от нескольких Мэв до сотен Гэв) в большинстве ускорителей заряженных частиц; открыто советским физиком В. И. Векслером в 1944 и независимо от него американским физиком Э. Макмилланом в 1945. Принципиальную роль это явление сыграло в повышении предела достижимых энергий в циклических ускорителях.

  В циклических ускорителях частицы совершают движение по орбитам в специальной вакуумной камере, помещенной в поле, и многократно проходят через ускоряющие электроды. Ускорение частиц происходит под действием высокочастотного электрического поля, приложенного к ускоряющим электродам. Для непрерывного ускорения частиц необходимо, чтобы в моменты ускорения направления движения частицы и электрического поля совпадали; для этого нужно обеспечить синхронизм (резонанс) между движением частиц и изменением электрического поля. Если амплитуда разности потенциалов между электродами равна 0, то приобретаемая частицей с зарядом е энергия DЕ при каждом прохождении через ускоряющий промежуток равна DЕ = e0cosj, где (j — фаза электрического поля в момент прохождения частицы, отсчитываемая от его максимального значения. Фазу поля j, при которой частица пролетает через ускоряющий промежуток, называют для краткости фазой частицы.

  Чтобы частица двигалась синхронно с изменением ускоряющего поля, ее частота обращения w должна быть равна или кратна частоте w0 электрического поля: w0= qw, где q — целое число (кратность резонанса). Тогда частица будет проходить ускоряющие электроды при одном и том же значении фазы j и при каждом прохождении получать от поля одну и ту же энергию. Поэтому она будет все время ускоряться.

  Такая ситуация выполняется в циклотроне единственном резонансном ускорителе, который существовал до открытия принципа А В циклотроне частицы движутся в постоянном поле Н с постоянной частотой обращения w = eH/mc (где m — масса частицы, с — скорость света). Поэтому при частоте ускоряющего электрического поля w0 = w для всех частиц наблюдается точный резонанс с полем.

  Однако при достижении достаточно большой энергии массу m уже нельзя считать постоянной: начинает сказываться эффект увеличения массы частицы с ростом энергии (см. Относительности теория). Возрастание массы приводит к уменьшению частоты обращения w и к нарушению резонанса между движением частицы и ускоряющим полем. Частицы перестают получать энергию от электрического поля и выпадают из режима ускорения. Поэтому в обычном циклотроне существует предельная энергия, выше которой ускорение невозможно. Для протонов этот предел энергии составляет примерно 20 Мэв.

  Для сохранения резонанса можно, например, медленно снижать частоту w0 ускоряющего поля в соответствии с уменьшением w или медленно изменять напряженность поля Н, чтобы компенсировать уменьшение частоты w (или вместе и то и другое).

  Но в ускорителе одновременно ускоряются сотни и тысячи миллиардов частиц, имеющих разброс по энергиям, а значит, и по массам. Следовательно, частицы будут иметь различные частоты обращения w. Поэтому невозможно осуществить точный резонанс с ускоряющим полем для движения всего множества ускоряемых частиц. До открытия принципа А эта трудность казалась непреодолимой.

  Векслер и Макмиллан показали, что именно благодаря зависимости частоты обращения частиц от их энергии (массы), приводящей к нарушению точного синхронизма движения частиц с ускоряющим полем, само поле будет автоматически осуществлять для большого количества частиц подстройку синхронизма в среднем. Иными словами, в случае, когда w зависит от энергии, ускоряющее поле частоты w0 (которая может и медленно меняться) заставляет частицы двигаться по орбитам с частотами, в среднем равными (или кратными) частоте w0, т. е. реализует резонанс в среднем; при этом фазы частиц колеблются и концентрируются около одной фазы j0 (см. ниже), которая называется синхронной, или равновесной. Это явление и называется А

  Т. о., А приводит к тому, что частицы в среднем обращаются синхронно с изменением ускоряющего поля: wср = w0.

  Рассмотрим, как осуществляется А в циклическом ускорителе с однородным и постоянным во времени полем и при q = 1. Частота обращения частиц в таком ускорителе обратно пропорциональна их массе, а следовательно, их полной энергии (равной сумме энергии покоя и кинетической энергии). Синхронная частица (воображаемая частица, которая движется в точном резонансе с ускоряющим полем) будет ускоряться при одной и той же фазе j0 и каждый раз получать энергию e0 cos j0. Для того чтобы движение частиц по орбитам было устойчивым, т. е. чтобы частицы с фазами j¹j0 не выпадали из режима ускорения, синхронная фаза j0 должна быть положительной — находиться на спаде ускоряющего напряжения (рис. 1). Действительно, частица с меньшей энергией, для которой частота обращения w > w0 и которая в некоторый момент движется вместе с синхронной, в дальнейшем будет опережать синхронную, попадать в ускоряющий промежуток раньше и ускоряться при меньшей фазе j1<j0. Следовательно, она получит большую энергию: e0 cos j1 > e0 cos j0, и ее частота начнет уменьшаться, так что в какой-то момент наступит точный резонанс, w = w0. Но этот резонанс является только мгновенным — ведь частица по-прежнему будет получать от поля большую энергию и ее частота w будет некоторое время продолжать уменьшаться и станет меньше синхронной, w < w0. Тогда частица начнет отставать от синхронной, будет получать меньшую энергию от ускоряющего поля, чем синхронная частица, и ее частота станет вновь расти.

  Аналогичный процесс происходит и с частицей, отставшей от синхронной и попадающей в ускоряющий промежуток несколько позже, при фазе j2>j0. Такая частица будет получать от поля меньшую энергию, ее частота начнет расти, и частица будет догонять синхронную.

  Т. о., частоты обращения частиц совершают медленные по сравнению с частотой обращения колебания около значения w0. Соответственно колеблются фазы частиц около значения j0, а средняя их фаза является устойчивой: jср = j0 (отсюда название — фазовая устойчивость, или А). Поэтому в среднем будет автоматически поддерживаться синхронизм между движением частиц и ускоряющим полем. Одновременно совершают колебания и другие характеристики движения частиц (энергия, радиус орбиты) около их равновесных значений, отвечающих синхронной частице. Эти колебания фазы и связанные с ними колебания радиуса орбиты частиц называются радиально-фазовыми.

  А действует и в линейных резонансных ускорителях протонов, в которых (в отличие от циклических ускорителей) частота прохождения частицей последовательных ускоряющих промежутков (расположенных по прямой линии) прямо пропорциональна скорости ее движения, т. е. увеличивается с ростом энергии. Однако устойчивая синхронная фаза в линейных ускорителях отрицательна — лежит на подъеме ускоряющего электрического напряжения (рис. 2). Тогда при пролете частицей ускоряющего промежутка поле возрастает, так что отстающая частица (с фазой j2>j0) получает большую энергию и начинает догонять синхронную частицу, а опережающая (с фазой j1<j0) — меньшую энергию и также начинает приближаться к синхронной.

  Принцип А оказал революционизирующее влияние на развитие ускорительной техники. Появилось семейство разнообразных ускорителей, работающих на основе А: циклические ускорители электронов (синхротроны) на энергии до 7 Гэв и протонов (синхрофазотроны, фазотроны и др.) до энергии 75 Гэв, циклические ускорители с переменной кратностью q (микротроны), линейные резонансные ускорители протонов на энергии до 70 Мэв. А отсутствует, когда частота обращения частиц не зависит от их энергии (изохронные циклотроны), а в линейных ускорителях — когда скорость движения частиц приближается к скорости света и практически перестает зависеть от энергии (линейные ускорители электронов на энергии выше 10 Мэв).

  Об А в ускорителях со знакопеременной (сильной) фокусировкой см. Ускорители заряженных частиц.

 

  Лит. см. при статье Ускорители заряженных частиц.

  М. С. Рабинович.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 17.04.2021 15:19:46
15:00 Удар российского дрона-камикадзе по боевикам в Идлибе попал на видео
14:59 Бродячие собаки насмерть загрызли ребенка в российском городе
14:59 Бродячие собаки насмерть загрызли ребенка в российском городе
14:44 Альфа-банк отказался представлять Моргенштерна своим сотрудником
14:16 Сотрудник ГИБДД подстрелил россиянку в попытке остановить автомобиль
14:05 Ветеран «Спартака» назвал бразильцев лучшими футболистами сборной России
14:05 Моргенштерн отказался признать вину в пропаганде наркотиков
14:03 Лия Ахеджакова назвала дерьмом американскую «Иронию судьбы»
13:46 Россиянам назвали способы избежать обмана в банке
Больше новостей
СегодняСиловые структуры ФСБ задержала консула Украины в ПетербургеДипломат пытался получить секретную информацию. Его поймали с поличным
16 апреля 2021 Нищий райРауль Кастро уходит из политики. Как он и его брат Фидель изменили Кубу?
СегодняКультура Куш побольшеСтэйтем, реки крови и библия для уголовников: каким вышел новый фильм Гая Ричи «Гнев человеческий»
14:06 Производство самого мощного в мире кроссовера решили продлить
14:05 Ferrari выпустит электрический суперкар раньше намеченного срока
13:00 Очередь из 300 человек выстроилась в Мавзолей Ленина после открытия
16 апреля 2021Мир Россия ввела санкции против СШАЧерный список американских чиновников и высылка дипломатов — чем Москва ответила Вашингтону
16 апреля 2021Мир «Ситуация может выйти из-под контроля»США ввели новые санкции против России. Чем грозит миру конфликт двух сверхдержав?
14:04 Лючок на крыле Mercedes-Benz EQS оказался заливной горловиной
13:42 Депутаты Госдумы задекларировали жилье в Испании и хутор в Финляндии
13:26 Щербакова отреагировала на историческую победу сборной России на командном ЧМ
СегодняСиловые структуры «Убийца с мутными глазами»Даниловский маньяк годами держал в страхе российский город. Почему его так и не смогли поймать?
16 апреля 2021Культура Тиму Белорусских приговорили к двум годам «домашней химии»У популярного певца нашли гашиш и амфетамин. Он признался, что употребляет наркотики с 16 лет
13:40 Иран раскрыл детали взрыва на ядерном объекте
12:35 Число скончавшихся от коронавируса в мире превысило три миллиона
12:50 Зеленский назвал единственную гарантию безопасности для Украины
16 апреля 2021Из жизни «Он никогда никому не доставлял проблем»Как бездомный унаследовал миллионы долларов, но так и не узнал об этом и умер под мостом
13 апреля 2021Культура «Я просто очень люблю свою страну»Данила Козловский о своем фильме «Чернобыль», хейтерах и соперничестве с сериалом HBO
12:23 Суточный прирост заболевших COVID-19 в Москве стал максимальным с января
13:16 В Крыму ответили сравнившему полуостров с Чернобылем Зеленскому
11:59 Россия вышлет задержанного украинского консула
16 апреля 2021Россия «Он будет ждать, когда иммунитет ослабнет»Пандемия коронавируса приведет к вспышке туберкулеза. Почему Россия в зоне особого риска?
13 апреля 2021Силовые структуры «Он очень умный, очень рассудительный»Как в Петербурге известный врач 11 лет скрывал жестокое убийство жены
13:15 В Совфеде прокомментировали задержание украинского консула
12:06 Стали известны детали о жизни задержанного украинского консула
13:13 В Греции предложили отменить визы для российских туристов
Сегодня Самая быстрая Kia — новый Stinger GTВидео: изучаем Kia Stinger GT с V6, который быстрее Porsche Panamera
16 апреля 2021 S-Class на батарейках: представлен электрический Mercedes-Benz EQSРоскошный флагман Mercedes-Benz, призванный задать тон всей электрической линейке EQ
10:01 Назван лучший мультфильм года
11:37 Россия призвала Запад отказаться от дезинформации по кризису в Донбассе
11:04 В России выявили 9321 новый случай коронавируса
16 апреля 2021Бывший СССР «Нам некуда отступать»Глава ДНР Денис Пушилин — об угрозе большой войны в Донбассе и защите русских на Украине
14 апреля 2021Путешествия «Весь мир отрезан от России сейчас»Турцию официально закрыли для россиян. Что делать с купленными турами и куда теперь лететь отдыхать?
12:12 В США сообщили о попытке покушения ЦРУ на Рауля Кастро
11:00 Появились подробности задержания украинского консула в Санкт-Петербурге
12:06 Боец MMA нокаутировал соперника броском головой в настил
15 апреля 2021Культура Оказался наш отецСтарость не радость: как фильм о деменции с Энтони Хопкинсом получил шесть номинаций на «Оскар»
15 апреля 2021Силовые структуры «Даже в 90-е бандиты себе такого не позволяли»В Москве впервые за восемь лет убили вора в законе. Почему его называли агентом спецслужб?
11:47 Против рэпера Моргенштерна возбудили дело за пропаганду наркотиков
10:25 Корабли Каспийской флотилии зашли в Черное море
11:30 Киев пригрозил Москве из-за задержания украинского консула
13 апреля 2021Мир Байден предложил Путину встретитьсяО чем говорили президенты США и России впервые после обострения в Донбассе
15 апреля 2021Мир «Это все мы уже проходили в 1933 году»Почитание Гитлера, запрещенные песни и поджоги — как живет деревня нацистов в Германии
09:33 Главком ВСУ призвал не сеять панику и не создавать вооруженные формирования
08:43 В Крыму прокомментировали рост цен на отдых
11:23 Названы сроки завершения карьеры Федора Емельяненко
16 апреля 2021 Мотовесна 2021: самые крутые мотоциклы возвращаютсяПервая после годового карантина выставка мототехники побила все рекорды
15 апреля 2021Мир США ввели новые санкции против РоссииВысылка дипломатов, рост курса доллара и «жесткий ответ России»: что известно о новых ограничениях
11:09 В правительстве отклонили идею об отпуске для отцов новорожденных
08:27 Члены экипажа МКС вернулись на землю
10:43 Россияне стали отказываться от поездок на машине из-за роста цен на бензин
14 апреля 2021Спорт «Выжить было большим успехом»Драки, переломы и тюрьма: как прошел самый жестокий матч в истории футбола
15 апреля 2021Интернет и СМИ «Эти бредовые идеи не могут помочь»Как журналисты годами убеждали мир, что ВИЧ не существует, а потом сами умерли от СПИДа
08:14 Россияне перечислили сферы работы для быстрого карьерного роста
10:38 Канада приостановила военную миссию на Украине
08:07 Названы вакансии с зарплатами более 500 тысяч рублей в месяц
16 апреля 2021 ПромоОсобый подходВ «Москва-Сити» появились таунхаусы. Как устроен этот уникальный проект?
14 апреля 2021Бывший СССР Негативная энергетикаПрибалты объявили бойкот Белорусской АЭС, чтобы надавить на Лукашенко. Почему их план провалился?
07:21 Выявлена наиболее подверженная аллергии группа населения
10:27 Российские фигуристы упрочили лидерство на командном ЧМ перед последним прокатом
09:35 Россиянин Немков оказался в больнице после защиты чемпионского титула Bellator
13 апреля 2021Россия «Перед глазами — мутное пятно»Россияне впервые объединились, чтобы найти лечение своей редкой болезни. Как это изменит медицину?
14 апреля 2021Из жизни «Узнавали, что я русский, разворачивались и уходили»История бывшего сотрудника уголовного розыска о жизни в Кремниевой долине
06:46 Бандиты с ножами похитили у семьи щенка и выбросили его у дороги
09:26 Описан портрет российского пользователя банкомата
05:59 Moderna сократит поставки вакцины в Великобританию и Канаду
09:23 Россиянин Немков защитил титул чемпиона Bellator
05:11 Украинец избил кондуктора и сбежал из автобуса через форточку
09:10 Телеведущий предсказал катастрофический конец брака принца Гарри и Меган Маркл
04:24 Россиянам раскрыли критерии запрещенных в паспорте фото и отметок
08:42 Роберт Де Ниро пожаловался на бедность из-за разорительных трат бывшей жены
03:56 Россиянам пообещали затяжные дожди
08:11 США приготовились защищать Японию с помощью ядерного оружия
03:20 Восемь человек во Франции умерли после прививки AstraZeneca
07:34 Пушков назвал «ударом по самолюбию» запрет Болтону на въезд в Россию
02:36 Драка между водителем BMW и таксистами на Кутузовском проспекте попала на видео
02:09 У фондового рынка США увидели светлое будущее
06:58 Американский политолог назвал ошибочными санкции США против России
06:27 Помпео заставлял сотрудников Госдепа выгуливать его собаку и бронировать столики
01:51 Российских туристов предложили вывозить из Турции за 10 тысяч рублей
01:35 Франция официально признала секс с детьми изнасилованием
05:41 В российском храме на фресках нарисовали чертей со смартфонами и ноутбуками
01:10 США задумались об увеличении военного контингента в Афганистане
05:09 Россиянам перечислили признаки поддельного полиса ОСАГО
00:56 F-15 ВВС США уничтожил цель на рекордном расстоянии
05:03 Раскрыт размер платы музыкантам за каждое прослушивание на Apple Music
00:41 Правительство Москвы купило «платиновые апартаменты» за 1 миллиард рублей
03:56 Медик предрек сроки формирования коллективного иммунитета к COVID-19 в России
03:25 Украинские военные не заметили признаков подготовки России к войне