ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ускорители частиц из "Общая химическая технология Том 2" Ядерные реакции с нейтронами осуществляются наиболее просто в ядерных реакторах, внутри которых поток нейтронов очень велик. Ядерные же реакции с заряженными частицами проводятся при помощи сложных установок, носящих название ускорителей частиц. Чтобы заряженная частица (протон, дейтрон, а-частица) могла проникнуть в ядро, она должна обладать большой энергией. Для придания заряженной частице большой скорости частицу нужно разогнать в электрическом поле. Аппаратами для ускорения частиц являются циклотроны, синхротроны, фазотроны и синхрофазотроны. [c.245] Принцип действия циклотрона показан на рис. 95. В магнитное поле помещается плоская металлическая цилиндрическая коробка, разрезанная пополам. Направление магнитного поля совпадает с осью цилиндра. К половинам коробки (их называют дуантами) подводят переменное напряжение (порядка 10 000—100 000 в) от высокочастотного генератора. [c.245] ОТ заряда и массы частицы и от напряженности магнитного поля и не зависящей от радиуса окружности. Описав полуокружность, частица вновь попадает в пространство между дуантами, т. е. в ускоряющее электрическое поле (частота генератора подбирается такой, чтобы к этому моменту полюсность дуантов переменилась), а затем переходит внутрь правого дуанта, где опять описывает полуокружность, но уже большего радиуса. Каждую последующую полуокружность частица будет проходить за одно и то же время, но так как длина полуокружности будет возрастать, то и скорость частицы будет становиться все большей. Таким образом, каждый раз, проходя расстояние между дуантами, частица все больше разгоняется. [c.246] Для того чтобы заряженная частица (ион водорода или гелия) не попала на крышку дуанта и не выходила, таким образом, из ионного пучка, частицы должны двигаться в средней плоскости дуантов. Это достигается электростатической и магнитной фокусировкой. Источником ионов является небольшая электрическая дуга, горящая в центре циклотрона в особой полости, к которой подводится ионизуемый газ, например водород. В камере циклотрона поддерживается давление 10- —мм рт. ст. в полости, где горит дуга, давление примерное 100 раз больше. Возможности ускорения частиц в циклотроне ограничены. Начиная с некоторой скорости, период обращения частицы в магнитном поле делается зависимым от ее скорости. Условие синхронизации вращения и перемены полюсности дуантов при этом нарушается. [c.246] Принцип действия установок, более совершенных, чем циклотрон, сложнее. Ускорение частиц достигается в них либо путем медленного изменения частоты ускоряющего электрического поля—ф а з о т р о и, либо путем медленного ( адиабатического ) изменения напряженности магнитного поля— синхротрон. Установка, в которой оба эти приема используются одновременно, называется синхрофазотроном. [c.246] Сооружение этих установок стало возможным после открытия в 1944 г. советским физиком В. И. Векслером и, независимо от него, в 1945 г. американским физиком Мак-Милланом явления автофазировки частиц. Сущность этого явления заключается в том, что расстройство синхронизации между частотой вращения частицы и частотой изменения ускоряющего поля не приводит к полному выводу частицы из синхронизации. Оказывается, частота вращения частиц то опережает частоту изменения поля, то запаздывает по отношению к нему. Благодаря явлению автофазировки появляется возможность исправлять движение частиц путем периодического изменения частоты электрического поля или напряженности магнитного поля. [c.246] Наибольшие энергии частиц в ускорителе типа фазотрона достигнуты на синхроциклотроне Объединенного института ядерных исследований. На этой установке протоны ускоряются до энергии 680 миллионов электрон-вольт. Общий вид этой установки показан на рис. 96. [c.246] В Советском Союзе сооружен крупнейший в мире синхрофазотрон (рис. 97), в котором протоны ускоряются до энергии 10 миллиардов электрон-вольт. Вес магнита этой установки 36 ООО т. Такие установки называются также беватронами, или космотронами. [c.247] Последнее название подчеркивает возможность получения на этих установках частиц, двигающихся со скоростями, которые до сих пор наблюдались лишь в космических лучах. [c.248] Другой гигантский ускоритель частиц, придающий им энергию в миллиарды электрон-вольт,—синхрофазотрон—сооружен в Беркли (США). Радиус орбиты, по которой движется частица, равен 24,5 м. [c.248] Производительность ускорителя определяется энергией и количеством ядер, выбрасываемых из него в единицу времени. Если известно количество ядер, зная эффективное сечение ядерной реакции, можно рассчитать скорость, с которой под действием этого потока будет образовываться то или иное радиоактивное вещество. [c.248] Эффективное сечение о измеряется в квадратных сантиметрах и имеет следующий смысл. Если S—площадь бомбардируемого образца, то a/s есть вероятность попадания летящего ядра в ядро мишени и осуществления соответствующей реакции. Обычно значения а близки к величине порядка 10-2 см , поэтому за единицу эффективного сечения принята величина, равная сж , называемая барном. [c.248] Сечение зависит от энергии летящей частицы. Если кривая зависимости сечения от энергии частицы имеет резкий максимум, то это означает резонансное поглощение частицы. [c.248] Современные ускорители частиц являются исключительно дорогостоящими сложными техническими установками. Их сооружают для двух целей—для исследований в области ядерной физики и для получения радиоактивных изотопов. Небольшие количе- ява радиоактивных изотопов производятся при помощи циклотронов, начиная с 30-х гг. [c.248] Вернуться к основной статье