4-ma’ruza. Kollayderlar. Katta adron kollayderi Reja: Katta adron kollayderi

Betatron

8.1.1-rasm. D. Kerst o'zining betatronlari yonida, kichik - 2,3 MeV, katta - 25 MeV

8.1.2-rasm.Betatronning sxemasi: a) yuqoridan ko'rinish, b) AA chizig'i bo'ylab qism. Vektorli va kuchlanganliklar elektr va magnit maydonlari ko'rsatilgan. 1 - elektromagnit, 2 - vakuum kamerasi, 3 - elektron orbitasi, 4 - injektor, 5 - tormoz nishoni, 6 – tormoz nurlanishi.

Elektronning birinchi siklik tezlatkichi betatron hisoblanadi. Betatroning birinchi namunasini 1940-yilda D. Kerst tomonidan qurilgan. Betatron, unda zarrachalar orbitasining tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan o'zgaruvchan magnit oqimi natijasida hosil bo'lgan aylanadigan elektr maydoni tufayli elektron energiyasini oshiradigan induksiya tezlashtiruvchisidir. Elektronlar doimiy radiusli dumaloq orbitada harakatlanadi, magnit maydonda sinusoidal qonunga binoan vaqt o'tishi bilan energiyasi o'sib boradi (odatda ishlash chastotasi 50 Gs). Doimiy radius orbitasida elektronning saqlanishi ma'lum bir tarzda, orbitadagi va uning ichidagi magnit maydonning kattaligining tanlangan nisbati bilan ta'minlanadi.
Ish sikli magnit maydon davrining birinchi (ortib borayotgan) choragi hisoblanadi. Betatron konstruktiv ravishda katta elektromagnit bo'lib, uning qutblari orasida toroidal vakuum kamerasi joylashgan (8.1.2-rasmga qarang) bo’ladi. Elektromagnit qutblar orasidagi bo'shliqda o'zgaruvchan magnit maydon kuchlanganligi hosil qilinadi (sinus qonuniga ko'ra vaqt bilan o'zgarib turadi, odatda ishlash chastotasi 50 Gs ga teng), bu vakuum kamerasining tekisligida aylanadigan orbitada elektr maydoni ni (induksion EYUK) hosil qiladi. Magnit maydonning ko'payishining har bir davri boshida (ya'ni chastotasi 50 Gs) elektronlar vakuum xonasiga injektor (elektron oqimi) yordamida kiritiladi, elektronlar aylanma orbitada tezlashuvi jarayoni uyurma elektr maydoni tomonidan olib boriladi.
Magnit maydoni maksimal qiymatga yetgan paytda (har bir davrning birinchi choragi oxirida) elektron tezlashishi jarayoni to'xtaydi va ularning sekinlashishi bilan almashtiriladi, chunki uyurma maydoni yo'nalishni o'zgartiradi va EYUK induksiya belgidir.
Eng yuqori energiyaga erishgan elektronlar muvozanat orbitasidan ajralib chiqadi yoki kameradan chiqariladi yoki kameraning ichidagi maxsus nishonga yuboriladi, bu tormozlanish deb ataladi.
Ushbu nishonda elektronlarning tormozlanishi yadrolar Kulon maydonidagi va elektronlarning elektromagnit tormozlanishi nurlanishi paydo bo'lishiga olib keladi, uning maksimal energiyasi tezlashuv oxirida Е_е elektronlarining kinetik energiyasiga teng bo'ladi:
= Е_е (8.1.1)
Tormozlangan fotonlari birlamchi elektronlarning tor konusda harakatlanish yo'nalishi bo'yicha harakatlanadi. Ularning energiya spektri doimiydir va foton energiyasi qancha kichik bo'lsa, ular tormozlanish nurlanishi shuncha katta bo'ladi. Nishonda yuqori energiyali elektronlarning tormozlanishi orqali yuqori energiyali elektromagnit γ-nurlanishning shakllanishi yadro fizikasi va zarrachalar fizikasi sohasidagi tajribalar uchun yuqori energiyali γ-kvant nurlarini yaratishda eng oddiy va eng samarali usuldir.
Betatronlar asosan tormozlanish nurlanishi manbasi sifatida ishlatiladi. Tuzulishi va nazorat qilishning soddaligi, shuningdek arzon narxlari tufayli betatronlar 20-50 MeV energiya oralig'ida amaliy maqsadlarda keng qo'llaniladi. Yuqori energiyadagi betatronlarning yaratilishi juda katta o'lcham va og'irlikdagi elektromagnitlardan foydalanish zarurati bilan bog'liq (magnit maydon nafaqat orbitada, balki uning ichida ham yaratilishi kerak).