Ускорители заряжённых частиц.

Ускорителями заряжённых частиц называются устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей создаются и управляются пучки высокоэнергетичных заряжённых частиц(электронов, протонов, мезонов и т. д.) Любой ускоритель характеризуется типом ускоряемых частиц, энергией, сообщаемой частицам, разбросам частиц по энергиям и интенсивностью пучка. Ускорители делятся на непрерывные (из них выходит равномерный по времени пучок) и импульсные (из них частицы вылетают порциями - импульсами), они характеризуются длительностью импульса. По форме траектории и механизму ускорения частиц ускорители делятся на линейные, циклические и индукционные. В линейных ускорителях траектории движения частиц близки к прямым линиям. В циклических и индукционных - траекториями частиц являются окружности и спирали. Некоторые типы ускорителей заряжённых частиц:

1. Линейный ускоритель. Ускорение частиц осуществляется электростатическим полем, создаваемым, например, высоковольтным генератором Ван-Де-Граафа.

2. Линейный резонансный ускоритель. Ускорение заряженных частиц осуществляется переменным электрическим полем сверхвысокой частоты, синхронно изменяющимися с движением частиц.

3. Циклотрон- циклический резонансный ускоритель тяжёлых частиц(протонов, ионов). Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода(1 и 2) в виде полых металлических полуцилиндров, или дуантов. К дуантам приложено переменное электрическое поле. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, однородно и перпендикулярно плоских дуантов. Если заряжённую частицу ввести в центр зазора между дуантами, то она, ускоряемая электрическим и отклоняемая магнитными полями, войдя в дуант 1, опишет полуокружность, радиус которой пропорционален скорости частицы. К моменту её выхода из дуанта 1 полярность напряжения изменяется, поэтому частица вновь ускоряется и, переходя в дуант 2, описывает там уже полуокружность большего радиуса.

 

4. Фазотрон- циклический резонансный ускоритель тяжёлых заряжённых частиц, в котором управляющее магнитное поле постоянно, а частота ускоряющего электрического поля медленно изменяется с периодом.

5. Синхротрон- циклический резонансный ускоритель ультрарелятивистских электронов, в котором управляющее магнитное поле изменяется во времени, а частота ускоряющего электрического поля постоянна.

6. Синхрофазотрон- циклический резонансный ускоритель тяжёлых заряжённых частиц, в котором объединяются свойства фазотрона и синхротрона, т. е. управляющее магнитное поле и частота ускоряющего электрического поля одновременно изменяются во времени так, чтобы радиус равновесной орбиты частиц оставался постоянным.

7. Бетатрон - циклический индукционный ускоритель электронов, в котором ускорение осуществляется вихревым электрическим полем., индуцируемым переменным магнитным полем, удерживающим электроны на круговой орбите.

 

 

10 Электромагнитная индукция — Это явление состоит в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, опирающуюся на этот контур, возникает электрический ток (индукционный ток).

Закон Фарадея

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции _инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Знак минус показывает что увеличение потока ( ) вызывает ЭДС т.е поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение потока ( ) вызывает т.е. направление потока и поля индукционного тока совпадают

Правило Ленца - правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток

 

11. Вращение рамки в магнитном поле.

Явление электромагнитной индукции используют для преобразования энергии поля в энергию тока. Соответствующие устройства называют генераторами тока.

Рассмотрим принципы действия такого генератора на примере рамки вращающейся в магнитном поле. Если рамка вращается со скоростью ω, то угол α между векторами и будет изменятся с течением времени:

Будет изменятся и магнитный поток через рамку

В рамке возникает ЭДС индукции, изменяющееся с течением времени по гармоническому закону:

=

Где:

Переменное напряжение занимают и вращающиеся витки. С помощью щеток процесс преобразования магнитной энергии в электрическую обратим. Если по рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то на рамку будет действовать вращающий момент, и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей, предназначенных для преобразования электрической энергии в механическую.