Циклoтрон

Зарядталған бөлшектердің магнит өрісіндегі айналу периоды бөлшектің жылдамдығына байланысты болмайтындығы зарядталған бөлшектерді үдеткіштерді жасауға негізгі арқау болады. Мысал ретінде циклотронның жұмыс принціпімен танысайық. Күшті магниттердің полюстері арасында вакуумды камера қойылады. Камера ішіне екі жарты цилиндрлік қуыс қорап орналастырылады (3.3.7.1-сурет). Бұларды дуанттар деп атайды (1 және 2 электродтар). Дуанттарға айнымалы кернеу беріледі. Магниттің тудыратын магнит өрісі біртекті және дуанттардың жазықтығына перпендикуляр болады. Егер зарядталған бөлшектерді дуанттардың арасына қойса, электр өрісінің әсерінен үдей қозғалып 1-ші дуант ішіне кіреді. Бөлшекке енді магнит өрісі әсер етіп, бөлшек жарты шеңбер жасап қайта дуант арасындағы саңылауға келеді. Бұл уақытта дуанттардың полярлығы өзгереді, бөлшек тағы үдеу алып 2- ші дуант электродына ішіне кіреді. Бұл дуант ішінде бөлшек радиусы үлкенірек жарты шеңбер жасап қайта дуант арасындағы саңылауға келеді де, үдей қозғалып 1-ші дуант ішіне қайта кіреді. Бөлшек қозғалысы осылай қайталанып отырады. Дуанттар арасындағы кернеудің таңбасы бөлшек дуантқа кірер кезде өзгереді де, бөлшектің үдеуі үздіксіз артып отырады. Магнит өрісіндегі бөлшектің айналу периоды және электр өрісінің (кернеу таңбасының өзгеру уақыты) тербелісі уақыты тең болады. Бұл шарт синхронизм шарты немесе резонанс шарты делінеді. Бұл шарт орындалғанда бөлшек әрбір жарты шеңберді жүрген сайын (дуанттан дуантқа) энергиясын арттырып отырады.

3.3.7.1-сурет

Айналу периоды (3.3.6.3) формуласымен, траекториясының қисық радиусы (3.3.6.2) формуласымен анықталады. Бөлшек спираль бойымен қозғалады. Циклотронда бөлшекке, мысалы, протондарға (20-25) Мэв энергия беруге болады. Бөлшектің айналу периоды (3.3.6.3) формуласы бойынша бөлшектің массасына пропорционал. Жылдамдығы өте үлкен болғанда бөлшектің массасы релятивтік теория бойынша анықталады:

Бөлшек жылдамдығы артқан сайын бөлшектің қозғалысы мен үдеткіш өрісінің өзгеруі арасындағы синхронизм бұзылады.

Сонымен циклотронда бөлшекке берілетін энергия шегі болуы керек екен. Синхронизмнің бұзылуын болдырмау және бөлшекке үлкен энергия беру үшін совет физигі В.Векслер және американ физигі Э.Мак – Миллан автофазировка принципін ұсынды. Олардың идеясы бойынша синхронизмнің бұзылуына әкелетін бөлшектің айналыс периодының артуын компенсациялау үшін циклотронға берілетін кернеу жиілігін немесе дуанттар орналасқан магнит өрісінің индукциясын немесе екеуін бірдей өзгертіп отыру керек.

Автофазировка принципі фазотронда, сихротронда және синхрофазотронда қолданылады. Фазотронда үдеткіш кернеудің жиілігі реттеледі. Ал синхротронда қатынасы тұрақты болатындай магнит индукциясы реттеледі. Синхротронда үдеткіш кернеудің жиілігі де, магнит өрісі де өзгереді және үдетілген бөлшектер спираль бойымен емес, радиусы тұрақты болатын дөңгелек траекторияның бойымен қозғалады, яғни

болатындай өзгеріп отырады.