Linearschrëft Kuerzbefehler vun gelueden Deelchen. Wéi ëm Kuerzbefehler Aarbecht. Firwat ëm Kuerzbefehler?

Den héijen vun gelueden Deelchen - engem Apparat soziokulturellem enger hëlze vun elektresch gelueden atomarer oder subatomic Deelchen bei bal d'Vitesse Rees. Der Basis vu senger Aarbecht ass néideg Erhéijung hir Energie duerch eng elektresch Terrain an der trajectory änneren - Magnéitfeld.

Wat sinn ëm Kuerzbefehler?

Dës Apparater sinn an verschiddenen Beräicher vun der Wëssenschaft an Industrie oft benotzt. Fir Datum, weltwäit gëtt et méi wéi 30 dausend. Fir d'Physik vun gelueden ëm Kuerzbefehler déngen als Instrument vun fundamental Fuerschung iwwert d'Struktur vun Atomer, der Natur vun nuklear Kräften an nuklear Eegeschaften, déi nët natierlech geschéien. De Fonds och transuranic an aner onbestänneg Elementer.

Mat der Offlossquantitéit eraus déi spezifesch Vitesse ze bestëmmen ass méiglech. Attack ëm Kuerzbefehler sinn och fir d'Produktioun vun radioisotopes, an industriell radiography, radiotherapy, fir sterilization vun biologescher Materialien, a benotzt radiocarbon Analyse. De gréisste Unitéiten sinn an der Etude vun fundamental Interaktiounen benotzt.

D'Liewensdauer vun der gelueden Deelercher am Rescht mat Respekt fir den héijen ass méi kleng wéi déi vun Deelchen zu doud no der scho Vitesse vun Liichtjoer. Dëst certifiéert der relativ klenger Quantitéit vun Zäit Statiounen. Zum Beispill, am CERN ass eng Erhéijung vun der Liewensdauer vum muon 0,9994c Vitesse 29 mol erreecht.

Dësen Artikel gesäit op wat d'bannen an ëm héijen schaffen, seng Entwécklung, verschidden Zorte a verschiddene Fonctiounen.

Beschleunegung Prinzipien

Egal wat fir eng Attack ëm Kuerzbefehler Dir wësst, si all hunn gemeinsam Elementer. Éischt, muss se eng Quell vun Elektronepueren am Fall vun enger Televisioun Bild eraus oder aawer, protons an hir antiparticles am Fall vun grouss Installatiounen hunn. Ausserdeem, muss se all elektresch Felder muss Deelchen a magnéitesch Felder Boost fir hir trajectory Kontroll. Zousätzlech, de Staubsauger an der Attack ëm héijen (10 ^-11 mm Hg. V.), M. E. E Minimum Quantitéit vum Reschtoffall Loft, ass néideg engem laange Liewen Zäit Trägere ze garantéieren. Endlech, all d'Installatiounen mussen Aschreiwung heescht, d'Zielen a Moosse vun der scho Deelchen hunn.

Generatioun

Elektronepueren an protons, déi meescht allgemeng an Kuerzbefehler benotzt ginn, sinn an all Material fonnt, mä éischt mussen si vun hinnen wielt. Elektronepueren typesch sinn an déi selwecht Manéier entsteet wéi am Bild eraus - an engem Apparat, deen eng "Waff" genannt gëtt. Et ass eng cathode (negativ Elektroden) am Vakuum, déi zu engem Staat gehëtzt ass wou Elektronepueren der Atomer ze kommen ugefaangen ufänken. Negativ gelueden Deelecher ginn an der Anode (positiv Elektroden) ugezunn an den Outlet virum Goal. Der Waff selwer ass einfach wéi den héijen well de Elektronepueren ënner dem Afloss vun engem elektreschen Terrain sinn bewegt. D'Volt tëscht dem cathode an Anode, generell an der Rei 50-150 kV.

Ausser Elektronepueren an all Material aus protons, mee just engem eenzege Proton Keimzell vun Waasserstoff Atomer zesummesetzt. Also, ass déi ëm Quell fir Proton Kuerzbefehler Waasserstoff Gas. An dësem Fall, ass de Gas Moossinstrumenter an der protons sinn duerch Lach läit. Am grousse Kuerzbefehler protons sinn oft an der Form vun negativen Waasserstoff Protonen gemaach. Si bedeiten eng zousätzlech Elektronen aus Atomer wéi de Produit vun enger diatomic Gas Eegeliichten sinn. Zanter der negativ gelueden Waasserstoff Protonen an der éischter Etappe vun der Aarbecht méi einfach. Dann laanscht se duerch eng dënn zentraalt Ziel, dat se vun Elektronepueren virun der leschter Etapp vun Beschleunegung Géigerevolutioun.

Beschleunegung

Wéi ëm Kuerzbefehler schaffen? Eng wichteg Neierung vun all vun hinnen ass d'elektrescht Feld. Déi einfach Beispill - déi eenheetlech statesch Gebitt tëscht der positiv an negativ elektresch Potenzialer, ähnlech bis datt déi tëscht dem Statiounen vun der elektresch Batterie existéiert. Dëst Elektronen Terrain en negativen Vitesse Droen ass zu enger Kraaft ausgesat déi et zu engem positive Potential directs. Et gut iwwerstan et, a wann et eppes dass am Wee stoen hätt, seng Vitesse a Kraaft méi. Elektronepueren Richtung de positiven Potential Plënneren op der Drot oder an der Loft, an geschleidert mat der Atom Energie verléieren, mä wa se am vacuo etabléiert sinn, eng scho dann sou hunn se de Anode Approche.

Spannungen tëscht dem Ufank an Enn Positioun vun den Elektronen definéiert kaaft hinnen Energie. Wéi duerch e Potential Ënnerscheed vun 1 V Plënneren ass gläich ze 1 Elektronen-Volt (Print). Dëst ass bis 1,6 × 10 ^-19 Joule entsprécht. Der Energie vun engem Teppech Mosquito Billioun mol méi. An kinescope Elektronepueren sinn Volt méi wéi 10 kV scho. Vill Kuerzbefehler erreechen vill méi héich Energien gemooss MEGA, Giga an tera-Elektronen-volts.

Arten

E puer vun de éischt Zorte vun ëm Kuerzbefehler, wéi de Volt multiplier an der Generator Van de Graaff Generator, e konstante elektrescht Feld vun der Potenzialer vun generéiert mat bis zu enger Millioun volts. Mat esou héich voltages Aarbecht einfach. A méi praktesch Alternativ ass de widderholl Aktioun vun schwaach elektresch Felder niddereg Potenzialer produzéiert. linear an cyclic (haaptsächlech cyclotrons an synchrotrons) - Dësen Prinzip ass am zwou Zorte vu modern Kuerzbefehler benotzt. Linearschrëft ëm Kuerzbefehler, bref, den hinnen eng Kéier duerch d'Haaptrei vun schnelle Felder, iwwerdeems de cyclically oft se an engem kreesfërmeg Wee duerch d'relativ kleng elektresch Terrain réckelen. An zwee Fäll, hänkt d'Finale Energie vun den Deelercher op de ganzen Terrain vun Aktiounen, fir datt vill kleng "net vill" zesummen dobäi sinn der kombinéiert Effekt vun enger eenzeger grousser ginn.

D'repetitive Struktur vun engem linear héijen elektresch Felder ze generéieren an engem natierleche Wee ass d'AC ze benotzen, net DC. D'positiv gelueden Deelecher sinn zu den negativen Potential scho an engem neien Elan kréien, wann positiv Ugrëff. An der Praxis, muss de Volt ganz séier geännert ginn. Zum Beispill, op eng Energie vun 1 MeV Proton Kombinatiounen um Ganz héich Vitesse ass d'Vitesse vun Liichtjoer vun 0,46, laanschtgoungen 1,4 m vun 0,01 MS. Dat heescht, dass an der Widderhuelung Struktur vun e puer Meter laang, de elektresch Felder Richtung bei enger Frequenz vun op d'mannst 100 zréckkomm ännere mussen. Linearschrëft an cyclic Kuerzbefehler Deelchen disperse hinnen normalerweis mat der ofwiesselnd elektrescht Feld Frequenz aus 100 zréckkomm bis 3000, t. E. Am Gamme vu Radio Wellen ze microwaves.

D'elektromagnéitesch Deel ass eng Kombinatioun vun oscillating elektreschen a magnéitesche Felder op riets Heffernan fir all aner oscillating. De Schlëssel Punkt ass den héijen Deel ze ajustéieren, fir datt bei der Arrivée vun der Deelchen d'elektrescht Feld am Aklang mat der Beschleunegung Vecteure Direkter ass. Dëst kann mat engem Meter Schwéngung gemaach ginn - d'Kombinatioun vun Wellen am Géigendeel Richtungen an engem zouene Raum Rees, den Sound Wellen an der Päif Uergel. Eng Alternativ Ausdrock fir séier Elektronepueren hir Vitessen verbitt d'Vitesse vun Liicht, eng Rees Schwéngung bewegt.

autophasing

Eng wichteg Effet vun der Beschleunegung an engem ofwiesselnd elektrescht Feld ass eng "Phas Stabilitéit". An eent Schwéngunge Zyklus ofwiesselnd Terrain duerch null aus dem Maximum Wäert Passë zréck op null, Verloschter et zu engem Minimum an heft ze null. Also, et Passë zweemol duerch de Wäert fir Beschleunegung néideg. Wann e ëm hir Drorakéit Majoratiounen, ze fréi kënnt, ass et net e Gebitt vun genuch Kraaft Aarbecht, an der Prozedur wäert schwaach ginn. Wann et erreecht den nächsten Deel, de Test spéit a méi Impakt. Als Resultat, Self-Aere existeiert, wäert de Deelchen mat all Beräich vun der schnelle Regioun an Phas ginn. Aneren Effekt ass de se an Zäit Glidderung eng Bluddung ze Form anstatt eng kontinuéierlech bäiginn.

Der Direktioun vun der hëlze

Eng wichteg Roll wéi de Wierker an ëm héijen, Leeschtung a magnéitesch Felder, nodeems se d'Richtung vun hire herrlechen ännere kann. Dat heescht, datt se fir "Béie" vun der hëlze an engem kreesfërmeg Wee benotzt ginn, also si ëmmer duerch d'selwecht schnelle Rubrik huet. Am einfach Fall, op eng Attack ëm op engem Recht Wénkel op d'Richtung vun der eenheetleche Magnéitfeld, eng Kraaft Vecteure vertikal zu souwuel vu senger Beweegung, an den Terrain bewegt. Dëst bewierkt d'hëlze an engem kreesfërmeg Wee ze plënneren vertikal op den Terrain, bis et fänkt aus hirem Beräich vun Aktioun oder aner Kraaft kënnt op et ze handelen. Dësen Effekt ass an cyclic Kuerzbefehler wéi enger Stralung ka an cyclotron benotzt. An engem cyclotron, ass de konstante Terrain vun engem grousse Magnéit produzéiert. Deelchen mat vun hirer Energie waarden spirally outwardly mat all Revolutioun scho bewegt. Der Stralung ka clots beweegen de Rank mat engem konstante Radius, an den Terrain vun der electromagnets ronderëm de Rank geet den Deelchen scho sinn generéiert. D'Mag- suergt "Béie", representéieren dipoles mat nërdlech a südlech Pole, kromme an en Houfeisen Form sou datt d'hëlze therebetween Ugrëff kann.

Déi zweet wichteg Funktioun vun der electromagnets ass d'Trägere ze konzentréieren, sou datt se sou schmuel an intensiv wéi méiglech sinn. Déi einfach Form vun engem Schwéierpunkt Magnéit - mat véier Pole (zwou nërdlechen a südlechen zwee) etabléiert Géigendeel géigesäiteg. Si Auslänner der Deelchen fir den Zentrum an eng Richtung, mä erlaabt hinnen am vertikal verdeelt gin. Quadrupole Mag- konzentréieren der hëlze horizontal, wouduerch him vertikal aus drëm goen. Maachen dëst, muss se am Puer benotzt ginn. Fir eng méi genee Schwéierpunkt och méi mechanesch Mag- mat enger grousser Zuel vu Pole (6 an 8) sinn benotzt.

Zanter der Energie vun der ëm Majoratiounen, d'Stäerkt vun der Magnéitfeld, Dréi hinnen vergréissert. Dat hält d'hëlze op déi selwecht trajectory. D'Curd ass an de Ring agefouert an ass zu engem gewënschten Energie scho ier et an Experimenter benotzt entzu gin kann. Retraction ass vun electromagnets erreecht déi ageschalt sinn der Deelchen aus der Stralung ka Rank un Auslänner.

Kollisioun

Attack ëm Kuerzbefehler zu Medezin an Industrie benotzt, haaptsächlech eng hëlze fir eng bestëmmte Zweck produzéiere, e.g., irradiation oder Ion ofgestouss. Dat heescht, datt d'Deelchen eemol benotzt ginn. Déi selwecht ass wouer vun Kuerzbefehler zu Basis Fuerschung fir vill Jore gebraucht. Mä de Réng goufen 1970 entwéckelt, an deem zwou Trägere am Géigendeel Richtungen libre geschleidert ronderëm de Parcours. D'Haaptrei Virdeel vun esou Systemer ass dass an engem frontal Kollisioun Energie vun Deelchen tëscht hinnen direkt un der Interaktioun Energie geet. Dëst Kontraster mat wat geschitt wann d'hëlze mat engem permanent Biller äusdrécklech, an deem Fall déi vun der Energie geet op d'Reduktioun vun der Zil- Material am Mëttelpunkt, am Aklang mat dem Prinzip vun der Conservatioun vun erun.

Puer Maschinnen mat géigesäiteger Trägere sinn mat zwéi Réng gebaut, an zwee oder méi Plazen intersecting, an déi sechs am Géigendeel Richtungen, den Deelercher vum selwechten Typ. Méi gemeinsam collider ëm-antiparticle. Antiparticle huet d'Géigendeel Vitesse vun der verbonne Deelchen. Zum Beispill, ass d'positron, positiv gelueden a Elektronepueren - negativ. Dat heescht, datt eng Plaz, dass d'Elektronen gut iwwerstan, de positron laang verwandelt, an déi selwecht Richtung beweegen. Mä wann dësen dëser Aktioun am Géigendeel Richtung, ass et Boost. Den Zerfall, bewegt en Elektronen duerch e Magnéitfeld wäert Kéier un der lénker Ugrëffssäit gutt an d'positron - Recht. Mä wann der positron no vir ass Plënneren, da wäert säi Wee weiderhin d'Recht op wäicht, mä op der selwechter Linn wéi déi vun den Elektronen. Allerdéngs, heescht dat, datt de Deelchen duerch de Rank vun der Stralung ka selwecht Mag- a scho vun der selwechter elektresch Felder am Géigendeel Richtungen plënneren kann. Op dësem Prinzip vill mächteg colliders géigesäiteger Trägere geschaf, t. Fir. Déi brauch nëmmen ee Rank héijen.

Hëlze an der Stralung ka beweegen ass net kontinuéierlech an integréiert an "clumps." Si kënnen e puer Zentimeter laang ginn an engem Zéngtel vun engem grousse stinn am Duerchmiesser, a besteet aus ronn ^{12 Oktober} Deelchen. Dës héich Dicht, well d'Gréisst vun esou Material enthält ronn ^{23 Oktober} Atomer. Also, wann eng géigesäiteger Trägere éis, et ass just eng kleng Wahrscheinlechkeet datt d'Deelchen mat all aner reagéiere wäert. An Praxis clots weider Kéier ronderëm de Rank an treffen ze plënneren. Héich Staubsauger an den héijen vun gelueden Deelercher (10 ^-11 mm Hg. V.) Ass fir néideg, dass d'Deelchen fir vill Stonnen ouni Opstousse mat Loft Molekülle ugebonnen kann. Also, ass de Rank och entwéckele genannt, well Trägere androen eigentlech gespäichert fir e puer Stonnen.

Aschreiwung

Attack ëm Kuerzbefehler an der Majoritéit kann existeiert aschreiwen wann der Deelchen der Zil- oder déi aner hëlze Hit, am Géigendeel Richtung beweegen. An engem Televisioun Bild eraus, Elektronepueren aus der Pistoul op den zentrale Uewerfläch der phosphor Écran ze Spectateur an produzéiert Luucht, déi doduerch de iwwerdroen Bild Yetter. An Kuerzbefehler esou spezialiséiert detectors reagéieren ze Fragmenter Deelchen, mä si meeschtens ze schafen elektresch Signaler entworf dass nees Computer Daten ëmgerechent ginn an analyséiert Computer Programmer benotzt. Nëmmen zoustänneg Elementer laanschtgoungen duerch d'Material elektresch Signaler produzéiere, zum Beispill duerch Eegeliichten oder excitation vun Atomer, an direkt gin fonnt kann. D'neutral Deelchen wéi neutrons oder photons kann indirekt duerch d'Behuele vun gelueden Deelchen fonnt ginn, déi se am Weeër geleet ginn.

Et gi vill spezialiséiert detectors. E puer vun hinnen, wéi e Geiger Konter, engem ëm zielen, an aner benotzt, e.g., fir opzehuelen Bunnen oder Drorakéit Moosse vun Energie. Modern detectors zu Gréisst an Technologie, kann aus kleng Vitesse Koppel Apparater ze grouss Gas-gefëllt Chambers mat Dréit ofgepëtzt variéieren déi zoustänneg Deelchen produzéiert Moossinstrumenter Bunnen z'entdecken.

Geschicht

Attack ëm Kuerzbefehler haaptsächlech fir Studien vun den Eegeschafte vun atomarer Kären an Elementar- Deelchen entwéckelt. Zënter der Ouverture vun der britescher Physiker Ernest Rutherford 1919, d'Reaktioun vun de Stéckstoff Keimzell an en Alpha ëm, all d'Fuerschung am Beräich vun der Nuklearphysik bis 1932 huet mat Helium Käre gemaach, déi vum Zerfall vun natierleche radioaktiv Elementer verëffentlecht. Natural Alpha-Deelchen hunn eng kinetescher Energie vun 8 MeV, mä Rutherford gegleeft datt si scho muss Fëschweier ze souguer méi héich Wäerter fir den Zerfall schwéier Käre iwwerwaacht. An der Zäit war et schwiereg. Allerdéngs huet de Berechnunge vun 1928, déi vun Georgiem Gamovym (op der Universitéit Göttingen, Däitschland), awer dass de Protonen bei vill manner Energien benotzt ginn, an dat huet Versich stimuléiert engem Gebei ze bauen, datt eng hëlze genuch fir Nuclear Fuerschung gëtt.

Aner Evenementer vun dëser Period bewisen de Grondsätz vun deenen der Attack ëm Kuerzbefehler zu dësem Dag gebaut ginn. Déi éischt erfollegräich Experimenter mat Fëschweier scho Protonen goufen 1932 bei Cambridge University Cockroft an Walton ofgehalen. Vun engem Volt multiplier benotzt, sinn protons zu 710 Kev scho, an zougedréckt datt dësen mat Lithium reagéieren zwee Alpha Deelchen zu Form. Vun 1931, um Princeton University zu New Jersey, Robert Van de Graaff electrostatic Rimm gebaut déi éischt héich-Potential Generator. Volt multiplier Cockcroft-Walton Generatoren an Van de Graaff Generator ass nach als Energiequellen fir Kuerzbefehler benotzt.

De Prinzip vun der Linearschrëft Resonanzfrequenz héijen bewisen war Rolf Widerøe an 1928. D'Rhäin-Westphalian Technesch Universitéit op Selbstbestëmmung, Däitschland, benotzt hien eng héich AC Volt der Natrium a KaliumiodidPëlle Protonen zu Energien an iwwerschësseg vun zwee mol ze Boost hinnen ze soen. An 1931 an de Vereenegte Staaten Ernest Lourens a sengem Assistent David Sloan vun der University of California, Berkeley, benotzt den héich-Frequenz Felder Merkur Protonen zu Energien méi grouss wéi 1,2 MeV bis Boost. Dës Aarbecht ass héijen vun schwéieren gelueden Deelchen Wideröe kënnt, mä den Ion Trägere sinn an nuklear Fuerschung net nëtzlech.

Magnéitfeld Resonanz héijen oder cyclotron, war als Rechter vun Lawrence Wideröe Installatioun empfaang. Student Lawrence Livingston hien huet de Prinzip vun der cyclotron 1931, Mëtt spazéieren an de Protonen mat enger Energie vun 80 Kev. An 1932, annoncéiert Lawrence an Livingston der Beschleunegung vun protons bis zu méi wéi 1 MeV. Spéit an den 1930er, Energie cyclotrons erreecht ronn 25 MeV, an de Van de GRAAFF - ongeféier 4 MeV. 1940, Donald Kerst, Kandidatur d'Resultater vun virsiichteg Berechnungen vun der Bunn an der Magnéit Struktur, op der Universitéit vun Illinois gebaut, déi éischt betatron, Magnéitfeld Aféierungs- Elektronen héijen.

Modern Physik: ëm Kuerzbefehler

Nom Zweete Weltkrich gouf et rapid Fortschrëtter an der Wëssenschaft vun Deelchen ze héich Energien schnelle. Et ugefaang Edwin McMillan um Berkeley an Vladimir Veksler zu Moskau. An 1945, si se aus all aner onofhängeg souwuel hun de Prinzip vun Phase Stabilitéit beschriwwen. Dëst Konzept bidd e Mëttel der stabil Bunne vun den Deelchen an engem kreesfërmeg héijen ze affirméieren, datt Restriktiounen op der Proton Energie geläscht a gehollef engem stellare Resonanz Kuerzbefehler (synchrotrons) fir Elektronepueren schafen. Autophasing, der Ëmsetzung vun de Prinzip vun Phase Stabilitéit, gouf no de Bau vun enger klenger synchrocyclotron op der Universitéit vu Kalifornien an der Stralung ka an England confirméiert. Kuerz ausgezeechent, war déi éischt Proton linear Resonanzfrequenz héijen geschaf. Dëse Prinzip ass an all gréisser Proton synchrotrons benotzt well da gebaut.

An 1947, gebaut William Hansen, Stanford University zu Kalifornien, den éischte Elektronen linear héijen Temperaturen op der Rees Deel, deen Schleck erëm Technik benotzt, déi am Zweete Weltkrich fir Radar entwéckelt gouf.

Fortschrëtter an der Etude war méiglech gemaach vun der Proton Energie waarden, déi un de Bau vun jee grouss Kuerzbefehler gefouert. Dësen Trend ass vun héich Fabrikatioun kascht grousse Magnéit Ring gestoppt gouf. De gréisste bëssche ronn 40.000 Tonnen. Methode fir d'Energie, ouni Maschinn Gréisst Wuesstem waarden an iwwer 1952 godu Livingstone, Courant an Snyder eng Technik vun ofwiesselnd opgefouert goufen Schwéierpunkt (heiansdo genannt staark Schwéierpunkt). Synchrotrons op dësem Prinzip schaffen, benotzen Mag- 100 mol méi kleng wéi virdrun. Esou Schwéierpunkt ass an all modern synchrotrons benotzt.

An 1956 realiséiert Kerst datt wann déi zwee Liewe vun Deelchen op intersecting Bunne erëmgewielt ginn, kënnt Dir kucken hinnen geschleidert. Der Applikatioun vun dëser Iddi néideg der Heefung scho Trägere zu Monaco, genannt entwéckele. Dës Technik huet eng maximal Energie vun Interaktioun Deelchen erreecht.