Прискорювачі заряджених частинок
Прискорювачі - пристрої для отримання заряджених частинок (електронів, протонів, ядер атомів, іонів) великих енергій за допомогою їхнього прискорення в електричних полях. Найпростішими прискорювачами є лінійні (високовольтні) прискорювачі. Для їх створення розроблені генератори високої напруги (наприклад, генератор Ван-де-Граафа). У таких прискорювачах частинки прискорюються електричним полем, пролітаючи під дією сил у вакуумованої камері. Прискорювачі цього дозволяють отримувати потоки прискорених частинок з енергією до 10 6 эВ. Недолік високовольтних прискорювачів – невисока енергія розігнаних частинок та великі розміри. На зміну високовольтним прискорювачам, розробленим на початку 30-х років. XX ст., прийшли циклотрони (кінець 30-х рр.). У циклотронах для прискорення часток використовується високочастотне змінне електричне поле. Циклотрон складається з двох порожнистих вакуумованих напівциліндричних коробок – дуантів, у яких створюється магнітне поле. У проміжку між дуантами створюється електричне поле, яке прискорює введену туди заряджену частинку. Отримавши деяку швидкість, частка влітає в дуант. У дуанті частка рухається дугою кола, оскільки її швидкість перпендикулярна магнітному полю. На момент вильоту частинки з дуанта напрямок електричного поля в проміжку між дуантами змінюється на протилежне і поле продовжує прискорювати частинку. Збільшивши швидкість, частка рухається у другому дуанті по дузі кола більшого радіусу. Цикли прискорення повторюються при кожному прольоті частки між дуантами. Зручність прискорення частки пов'язані з тим, що час прольоту частки в дуанті залежить від її швидкості і радіусу дуги окружности. Справді, сила Лоренца створює доцентрове прискорення частки та її рух удуанте описується другим законом Ньютона. Тут q - заряд частинки, V - її швидкість, m - маса, R - радіус дуги кола, по якому частка рухається, В - індукція магнітного поля. Звідси. Частка проходить у дуанті половину кола, і час її прольоту. Незалежність Т від R і V спрощує конструкцію прискорювача, дозволяючи створення електричного поля користуватися генераторами постійної частоти. Незабаром після створення циклотронів у них вдалося розігнати протони до енергій 10 – 20 МеВ.
Недоліки циклотрону пов'язані з тим, що при розгоні частки до швидкостей, що становлять кілька відсотків від швидкості світла, набувають чинності релятивістські ефекти, що призводять до збільшення часу прольоту частки в дуанті, через що вона збивається з режиму прискорення. Для подолання цього недоліку були розроблені прискорювачі з магнітними полями, що змінюються, і частотами прискорюючого магнітного поля (наприклад, синхрофазотрон).
У 40-х роках. XX ст. створено прискорювач іншого типу дії – індукційний (бетатрон). У цих прискорювачах електрони розганяються вихровим електричним полем, що породжується за зміни в часі магнітного поля. На таких прискорювачах електрони розганяються до швидкостей, що становлять понад 90% швидкості світла.
В даний час реалізовані прискорювачі нових типів, що дозволяють істотно підвищити енергії частинок, що прискорюються (мікротрони, резонансні лінійні прискорювачі, лінійні індукційні прискорювачі та ін).