|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Электрическая фокусировка частиц в ускорителях |
 | |
Анимация
Описание
Ускорители - устройства для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий с помощью их ускорения в электрическом поле, создаваемом или внешними радиотехническими устройствами (генераторами) или другими заряженными частицами (электронным пучком, электронным кольцом, плазменными волнами). По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов, а по характеру траекторий частиц: линейные ускорители (траектории близки к прямым линиям) и циклические (траектории близки к окружностям или спиралям). По характеру ускоряющего поля ускорители разделяются на резонансные, в которых ускорение производится высокочастотным электрическим полем, и ускоряемые частицы движутся в резонанс с изменением поля, и нерезонансные, в которых направление поля за время ускорения не изменяется.
В циклических ускорителях движение частиц обеспечивается магнитным полем (на движущиеся заряженные частицы в магнитном поле действует сила Лоренца). Энергия частицы в резонансном циклическом ускорителе:
,
где c - скорость света,
e - заряд частицы,
<В> - среднее магнитное поле на орбите,
wу - частота ускоряющего поля, кратная частоте обращения ускоряемой (резонансной) частицы wу=qw (где q - целое число, называемое кратностью частоты).
В резонансных циклических ускорителях магнитное поле, заворачивающее частицы по круговой орбите, используется и для фокусировки (для возвращения частицы к плоскости орбиты).
При малых энергиях наряду с магнитной фокусировкой применяется электрическая фокусировка с помощью ускоряющего электрического поля. В обычном ускоряющем зазоре электрическое поле “провисает” внутрь зазора (см. рис. 1).
Силовые линии электрического поля в ускоряющем зазоре между электродами
Рис. 1
Поэтому в первой части зазора (где сила, действующая на заряженную частицу, имеет составляющую, направленную к равновесной орбите) оно прижимает частицу к оси (фокусирует), а во второй (где сила, девствующая на заряженную частицу, имеет составляющую, направленную от равновесной орбиты) - отклоняет от оси (дефокусирует). Ускоряясь в электрическом поле, частица проходит вторую часть зазора быстрее, чем первую, следовательно, фокусирующее действие оказывается преобладающим. Так называемая электростатическая фокусировка, основанная на изменении скорости частиц, эффективна лишь при малых скоростях частиц, поэтому ее применение в ускорителях ограничено. Но при переменном во времени электростатическом поле имеет место и электродинамическая фокусировка, если во время пролета частицей зазора поле убывает. Так как при прохождении второй половины зазора сила (F=eE), действующая на частицу, оказывается меньшей, чем в первой половине зазора, следовательно, и составляющая этой силы, направленная от равновесной орбиты, меньше, то и в этом случае преобладающим оказывается фокусирующее действие. Если, наоборот, частица пролетает зазор во время нарастания поля, то зазор оказывает дефокусирующее действие.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Используемые естественнонаучные эффекты
 | Ускорение заряженных частиц в электрическом поле (Ускорение заряженных частиц в электрическом поле) |
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
| 1 | | Электрическое поле |
Применение эффекта
Резонансные циклические ускорители протонов (ионов) - синхрофазотроны. Кроме того, электростатическая фокусировка электронных пучков применяется в ряде электронно-лучевых трубок аналоговых осциллографов, в масс-спектрометрии и т.п.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Для технической реализации можно, например, сконструировать простейшую электронно-лучевую трубку, изображенную на рис. 2.
Скелетная схема ЭЛТ с электростатической фокусировкой луча
Рис. 2
Обозначения:
1 - катод;
2 - первичная апертура;
3 - фокусирующая диафрагма;
4,5 - сетки;
6 - сцинтилляционный экран.
Пучок электронов от катода, проходя через заземленную круглую формирующую диафрагму 2, далее проходит через фокусирующую диафрагму 3 и сетку 4, служащую для экранирования фокусирующей диафрагмы от ускоряющей сетки 5, - и попадает на сцинцилляционный экран. Установив постоянное ускоряющее напряжение Ua»500-800 В, и варьируя постоянное фокусирующее напряжение Uf, можно наблюдать фокусировку пучка на экране.
Для тех, у кого нет лишнего времени на создание ненужных дорогостоящих вакуумных установок, рекомендуется использовать готовый стандартный осциллограф, и покрутить ручку “фокусировка луча” с тем же результатом.
Литература
1. Физический энциклопедический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1983.- С.791-793.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |