Как работи синхротрон?

Така се конструира синхротрон

• По принцип синхротронът е кръгов респ. Ускорител на звънене. Частиците, които трябва да бъдат ускорени (електрони или протони, например) преминават през безброй предварително определени кръгови пътеки Мъж - за разлика от линеен ускорител или бетатрон, при който кръговият път се променя с увеличаване на ускорението увеличен.
• Частиците се насочват по фиксирана кръгова пътека с помощта на магнитни полета (ключова дума: сила на Лоренц; виж отдолу).
• Частиците се ускоряват от високочестотни полета, които са разположени на равни интервали в кръговия пръстен. Честотата на тези полета е - както подсказва името "синхротрон" - се увеличава синхронно с циркулацията на частиците. Казано по -просто, частиците получават точно подхождащ тласък от електрическото поле на високата честота.
instagram viewer
• Потокът на частиците се ускорява предварително с (малък) линеен ускорител, преди да се подаде в синхротронния пръстен с помощта на управляващи магнити. Ускорението обикновено се осъществява при т.нар. Пакети с частици.
• Синхротрон може да се използва за съхраняване и експериментиране с пакети с ускорени частици, например в предварително определени точки в кръговия пръстен.


Действа ли силата на Лоренц върху протоните?

Силата на Лоренц е сила върху заредени тела, които летят през магнитно поле. …

Равновесие и резонансни условия - така работи

Но как работи? По принцип за успешното ускоряване на частиците в синхротрон се прилагат две гранични условия:

• За да се запазят частиците по кръговата пътека с радиус R, центростремителната сила (наречена центробежна сила на разговорния език) трябва да бъде в магнитното поле във всеки момент от насочващата сила на Лоренц.
• Прилага се следното: mv²/ R = Q_*v_*B с m = маса на частиците, v = скорост на частиците, Q = заряд на частиците и B = плътност на магнитния поток.
• Разбира се, правилното време за ускорение работи само ако честотата на електрическото поле е равна на орбиталната честота на пакета частици.
• Следователно по време на работа както силата на магнитното поле, така и честотата трябва да се увеличават в хода на ускорението. Този процес може да се извърши с предварително програмирани последователности или постигане на коригиращи действия.
• Електроните могат да бъдат ускорени сравнително бързо до почти скоростта на светлината със синхротрон (обърнете внимание на относителното увеличение на масата). Протоните достигат енергии много повече от GeV.
• Има важни синхротронни системи в DESY в Хамбург, в CERN в Женева и BESSY в Берлин. А FAIR в Darmstadt GSI е новият бъдещ проект, който се изгражда в момента.

Между другото: електроните, които са принудени към кръгов пръстен по този начин, отделят някои от тях енергия като т.нар Синхротронна радиация, много високоенергийна рентгенова радиация, в зависимост от ускорението, която е подходяща за много изследвания. Следователно този енергоемък страничен продукт е доста желан.