Zarralar fizikasi

5.2-§. Tezlatgichlar
Yadro tuzilishini o'rganish, yadro reaksiyalarini amalga oshirish hamda 
elementar zarralar xususiyatlarini aniqlash va boshqa ko'plab muammolami 
hal qilish uchun yuqori energiyagacha tezlashtirilgan katta oqimdagi zarralar 
dastasi talab etiladi.
Tezlatgichlar 1930-yillardan boshlab qurila boshlandi. Dastlabki 
tezlatgichlar energiyalari bir necha 
MeV
bo‘Isa, hozirgi vaqtda bir necha 
GeV
energiyagacha yetkazildi. Zaryadli zarralami tezlatish odatda elektr 
maydonda yoki elektr va magnit maydonlar birgalikda amalga oshiriladi.
Tezlatgichlar tezlashtiruvchi maydon turiga qarab zarralar oqimini 
fokuslashi, tezlashtirilayotgan zarralar xili, erishgan energiyalariga ko'ra, 
turlicha nomlar bilan ataladi.
138

---

To‘g‘ri ta’sirli tezlatgichlar zarra tezlatuvchi maftoilM&n tfllihda Ш
marotaba energiyasini oshirsa, ko‘p karrali ta’sirli ®^atgiehlafiik esa sha 
inaydondan zarra bir necha marotaba energiya orttirmasi oladi. Yuqorivoltli 
tezlatgichda energiya orttirmasi potensiallar ayirmasiga | A m kelsa, 
induksiyali tezlatgichda magnit oqimi o‘zgarishiga mos keluvchi uyurma 
elektr maydoni rezonans tezlatgichlarda esa yuqori ehastotali o*zgarav&hi 
elektr maydon kattaliklariga mos keladi. Chiziqli tezlatgichlarda zarralar 
to‘g‘ri chiziq bo'ylab harakatlansa, siklik tezlatgichlarda ayjana yoki 
spiralsimon harakatlanadi.
Tezlatgichlaming turlari 5.1-jadvalda keltirilgan.
Uzluksiz 
j
| 
Iinpulsli 
|
| 
Kuchsi/. 
|
| 
Qattiq
N
A
Chiziqli
S k lik
Ж
Van-de-Graff
gunoralori
Kokroft-
Uollon
generator!
Betatron
L
Chiziqli
Chiziqli
induksyali
Siklik
Ishlash tarzi
j 
Fokuslash
Qo'zg‘ aimas nitron
T EZ LA T G IC H LA R
............................
X
4
Qarama-qarshi oqim
To‘ g‘ ri ta’sirli
Ко' p karrali ta'sir
j |
Yuqori volfli
Induksiyali
Rezonans! i
Sklotron
Chiziqli
Proton chiziq­
li rezonans 
teziafgich
Elektron
chiziqli
rezonans
tezlatgich
a t v a В tfzgarm as
04- v a B o'zgaruvchan
\
j*
4
Izoxronli
siklotron
Mikrotron
Fazotron
Sinxrotron
Si nxr of azotron
Uzluksiz oqimli tezlatgichlarda zarralar oqimi o'zgarmas bo‘lsa, 
impulslilarida esa zarra dastasi ma’lum vaqt oralig'ida tezlashtiriladi.
Odatda tezlashtirilgan zarralar qo6zg‘almas nishonga yo'naltiriladi. 
Qarama-qarshi oqimda tezlashtirilganda o‘zaro massalar teng ma’lum 
impulsga ega boMgan zarralar bir-biriga qarama-qarshi yo‘nalishda 
ta’sirlashadi.
Barcha tezlatgichlarda zarralami tezlatish jarayonida fokuslab turishlik 
lozim. Ko'ndalang radial va vertikal tekislik bo'yicha fokuslash magnit 
maydonning radius bo‘yicha kamayib borishi bilan amalga oshiriladi. Bunda
139

---

magnit maydonning pasayish darajasi 0 < 
n
< 1 oralig‘ida bo‘ladi. Bu xil 
fokuslashga yumshoq (kuchsiz) fokuslash deb ataladi. Bu xil fokuslashda 
vakuum kamera va magnit oMchami otrib ketadi, natijada tezlatgich narxining 
juda yuqori bo‘lishiga olib keladi. Juda yuqori energiyali tezlatgichlarda 
kuchli fokuslash usuli qo‘IlaniImoqda, bunda zarralar oqimi turli magnit 
qismlaridan o‘tishda har xil ishorali katta gradient may donga keladi. Zarralar 
oqimi gorizontal va vertikal yo‘nalishlar bo'yicha ketma-ket fokuslanib, 
defokuslanadi.
Rezonans tezlatgichlarda zarralar oqimi bo‘ylama yo'nalish bo‘yicha, 
ya’ni zarralar aylanish chatotasi bilan tezlashtiruvchi elektr maydon 
chastotalarining rezonansini ta’minlash elektr maydon chastotasini yoki 
magnit maydonni vaqt bo‘yicha o'zgartirishlik bilan amalga oshiriladi.
Tezlatgichlarda zarralar energiyasi va zarralar oqimi intensivligi muhim 
xususiyati hisoblanadi. Intensivligi oqim toq kuchi I = qN bilan ifodalanadi.
Siklik tezlatgichlarda tezlashtiriladigan zarralar tezlashtiruvchi maydonga 
takror-takror kiritilib, energiyasini oshirib boradi.
Birinchi tezlatgichlardan siklotron 1930-yilda Lourens (1901 — 1958) 
tomonidan qurildi.
Siklotron (sxemasi 5.1-rasmda keltirilgan) ikkita 
D v D2
duant, ionlar 
manbayi, tezlashtiruvchi yuqori chastotali elektr kuchlanish manbayi, magnit 
maydonlardan iborat. Duant magnit qutblari orasiga joylashtirilgan. Elektr 
maydon duantlar uchlariga beriladi. Ion (zaryadli zarralar) ion manbayidan 
chiqishi bilan duantning manfiy qutbiga tortilib, energiyasini oshiradi, bu 
ion magnit maydon ta’sirida duant ichkarisida yarim aylana shaklida 
aylanadi, yarim davr 772 oralig‘ida qarama-qarshi duant chegarasiga keladi, 
bu paytda duant ishorasini oczgartiradi, yana energiyasini oshiradi va h.k. 
Shunday qilib, siklotronda ion (zarra) rezonans energiyasini orttirib borishi 
uchun elektr maydon chastotasi ion (zarra)ning duant ichida aylanish 
chastotasiga mos kelishi talab etiladi.
Siklotronda elektr maydon ion (zarra)ga tezlanish beradi:
F
e
= eZE*107dina, 
(5.2.1)
bunda eZ - ion zaryadi, E - elektr maydon kuchlanganligi, magnit 
maydoni esa ion (zarra) lami egadi (buradi):
FH = 0 ,leZ $ H , 
(5.2.2)

---

bunda О - zarra tezligi, H - magnit maydon kuchlanganligi. 
Ma’lumki, egri chiziqli harakatda markazdan qochma kuch vujudga 
keladi:
F mq
171x9
R
(5.23)
Tezlashtirilayotgan ion (zarra) orbitada aylanib energiyasini oshirib 
borishligi uchun (5.2.2) va (5.23) kuchlar o‘zaro tengbo‘lishi kerak:
D1
Yuqori chastotali kuchlanish manbai
Magnit maydon
5.1-rasm. Siklotron. Siklotronda ionlar harakati.
л , orT 
m 3 2 
ш
. 
m3
0, 
le,9H =
------, bundan 0, 
leZH
= ——. 
(5.2.4)
R
л
3
_
— - 'Q3
ekanligini e’tiborga olib:
К
Q,leZH
со =
----------
(5.2.5)
m
(5.2.5) - zarraning duantda aylanish chastotasi ^ , n i ifodalaydi.
Siklotronda ion 772 davr ichida energiyani oshirib spiralsimon harakat qiladi.
Rezonans ravishda energiyani oshirib borishligi uchun zarra aylanish
chastotasi 
со
„ har doim tezlashtiruvchi generator chastotasi 
со
ga teng 
"
.
t 
8
bo‘lishi kerak. Tezlashtiruvchi elektr maydon kuchlanishi 100 
kV
bo‘ladi.
141

---

Siklotronda zarra maksimum energiyasi tezlatuvchi maydon kattaligiga 
bog‘liq bo‘lmasdan, magnit maydon kuchlanganligi 
H
\ a radius 
R
ga bog'liq. 
Haqiqatan ham, 
v
= 
со R,
kinetik energiya:
E = —mco2R 2
=
1 
{eH R)2
(5.2.6)
2
2 
me
2
AgarH 
m
1 5 k H ,R = 0,4 m bo‘Isa, proton tezlashtirilsa (m c2 = 938
s 
p
MeV), siklotronda protoning maksimum kinetik energiyasi:
Siklotronda zarralar energiyasini cheksiz oshira borish mumkin emas, 
chunki zarra energiyasi ortishi bilan massasi relyativistik otrib, zarraning 
aylanish chastotasi 
со z
kamayishiga olib keladi, natijada tezlashtiruvchi 
maydon chatotasi 
со H
orasidagi moslikni buzilishiga, rezonans yo‘qolishiga 
olib keladi.
(5.2.5) 
ifodadan ko‘rinadiki, siklotron yengil zarralarni (elektron) 
tezlashtirishga yaroqsiz, chunki yengil zarra massasi tezda relyativistik otrib 
ketadi. Siklotron proton, alfa-zarra, og‘ir ionlarni tezlashtirishga xosdir.
Sinxrosiklotron - siklotronning modifikatsiya qilingan varianti. Bunda 
siklotrondan farqli ravishda tezlashtiruvchi elektr maydon chastotasi zarra 
aylanish chatotasining kamayishiga mos ravishda kamayib boradi.
Tezlatish jarayonida zarralar barqaror oqimini avtomatik ravishda hosil 
qilish avtofazirovka prinsipini 1944 — 1945-yillarda V.I. Veksler (1907 — 
1966), Mak-Millan (1907-y.t.) ishlab chiqishdi.
Zarra aylanish chastotasi kamayishi avval bayon qilinganidek, 
massasining relyativistik ortishi va magnit maydonning birmuncha 
kamayishi sababidan sinxrosiklotron impuls tarzida ishlaydi, zarralar oqimi 
intensivligi siklotrondagidan birmuncha kichik, bu tezlatgich ham og‘ir 
zaryadli zarralar proton, deytron, alfa, ionlarni 1 
GeV
energiyagacha 
tezlashtiradi.