Физика Главная страница Понедельник | 02.08.2021 | 12:22 | RSS 

Наука мира

образовательный портал по физике
Сайт по физике Наука мира
Связь
Кнопка сайта

Наука мира - сайт Тихомолова Евгения

посмотреть другие

Статистика



Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Главная » Статьи » Занимательное » Другое

«Атомная артиллерия». Как получают частицы высоких энергий

Трудно найти в наши дни человека, который не знал бы об ускорителях. С их помощью физики осуществляют столкновения и другие взаимодействия атомных частиц и, изучая эти процессы шаг за шагом, проникают в таинственный пока еще микромир.

Основной характеристикой таких устройств обычно принято считать предельную энергию, до которой разгоняются «атомные снаряды» — ионизованные атомы, электроны, протоны. Именно энергия, и только она, та питательная среда, в которой на мгновение расцветают необычайные «миражи» микромира. Чем выше энергия «снарядов», бомбардирующих атомы мишени, тем выше «зоркость» (или, как говорят физики, разрешающая способность) ускорителя, тем более мелкие детали микромира можно обнаружить и изучить с его помощью.

Однако ускорители предназначены не только для исследования, но и для «производства» микрочастиц. Сталкиваясь с ядрами атомов мишени, высокоэнергичные «атомные снаряды» могут откалывать от них большие куски ядерного вещества, дробить ядра, а при определенных условиях, наоборот, могут сливаться с ядрами мишени или «вгонять» большие куски ядерного вещества один в другой, образуя новые, более массивные частицы.

Образно говоря, ускорители заряженных частиц представляют собой уникальное устройство, с помощью которого можно «конструировать» и изучать свойства новых атомных частиц, неизвестных еще ядерных систем и различных процессов, связанных с ними.

Для исследования строения атома Резерфорду было достаточно энергии альфа-частиц, рождающихся при естественном радиоактивном распаде. Однако дальнейшее проникновение в глубины материи потребовало более высоких энергий. Их дали ускорители, способные разгонять частицы, придавать им энергию.

Но что значит разогнать частицу-снаряд до необходимой энергии? Это значит увеличить ее скорость. Иными словами, частице необходимо сообщить ускорение, т. е. на нее в течение некоторого времени должна действовать сила. Такую силу можно легко вызвать, поместив заряженную частицу во внешнее постоянное или переменное электрическое поле.

Любая частица, попавшая в электрическое поле, движется прямолинейно от одного электрода к противоположно заряженному. Скорость ее движения определяется разностью потенциалов между электродами. Если поместить, например, электрон в электрическое поле с разностью потенциалов 1 В, то, проходя это поле, он приобретает энергию 1 эВ (электрон-вольт). Увеличивая разность потенциалов, увеличиваем энергию частицы. Так, при разности потенциалов 1 млн. В электрон приобретает энергию 1 млн. эВ, или I МэВ.

Но вот что любопытно. Оказывается, такую же энергию 1 МэВ электрон приобретает, пройдя миллион раз через поле разностью потенциалов 1 В. Значит, если заставить частицу проходить пусть даже небольшую разность потенциалов, но много раз, можно сильно увеличить ее энергию, имея источник напряжения всего в десятки тысяч вольт и меньше. Идея многократного ускорения частиц сравнительно небольшим напряжением лежит в основе большинства современных ускорителей. Частицы либо движутся по прямой, проходя в процессе ускорения каждый ускоряющий промежуток один раз (линейные ускорители), либо они движутся по окружности или спирали, проходя одни и те же ускоряющие промежутки много раз {циклические ускорители).

Линейные ускорители могут разогнать любые частицы до околосветовых скоростей, т. е. до любых энергий. Однако большое число ускоряющих электродов и значительная их длина существенно ограничивают использование таких систем для ускорения частиц до высоких энергий.

Иное дело — циклические ускорители. Здесь частицы совершают сотни, тысячи и даже сотни тысяч оборотов. Их можно разгонять, периодически создавая в определенных участках траектории электрическое поле. А как заставить частицы «бегать» по кругу?

В принципе ответ ясен. Необходимо приложить магнитное поле, перпендикулярное направлению движения частиц. Попав в магнитное поле, они под действием силы Лоренца начнут двигаться по окружности. Поэтому главной составной частью любого циклического ускорителя является магнит. Его назначение — удерживать движущиеся частицы на круговых орбитах, чтобы к ним можно было снова и снова приложить ускоряющие силы.

 

 


Категория: Другое | Добавил: Евгений (29.03.2014)
Просмотров: 2829 | Рейтинг: 0.0/0
Похожие материалы
К сожалению, похожего ничего не нашлось
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Личный кабинет
Наука мира


Поиск
Ссылки