Зарядланган заррачаларнинг тезлатгичлари

Зарядланган заррачаларнинг тезлатгичлари
Режа:

1. 
   Зарядланган заррачаларнинг тезлатгичлари
   
2. 
   Токли тўғри чизиқли ўтказгич ва ҳаракатланаётган заряднинг ўзаро магнит таъсирлашишининг релятивистик талқини
   

Зарядланган заррачаларнинг тезлатгичлари
Экспериментал ядро физикасининг тараққий этиши муносабати билан, жуда катта кинетик энергияга эга бўлган зарядланган заррачаларнинг (электронлар, протонлар, атом ядролари ва енгил элементлар ионлари) йўналтирилган дасталарини лаборатория шароитларида олишга имкон берадиган махсус қурилмаларга эҳтиёж пайдо бўлди. Бундай қурилмалар зарядланган заррачаларнинг тезлатгичилари номини олдилар. Электронларга ва водороднинг мусбат ионларига (протонларга) бир неча миллион (МэВ) энергия беришга имкон берадиган биринчи тезлатгичлар 30-йилларнинг бошларида яратилган. Кейинги ўн йилликларда тезлатгичлар техникаси шиддатли сурҳатларда ривожланган. Турли русумли тезлатгичлар қурилди, уларда зарядланган заррачаларга бериладиган энергия эса, 500 млрд. ЭВ (500 ГэВ)¹⁾ гача етади. Тезлатилаётган заррачалар траекторияларининг кўриниши бўйича ҳамма тезлатгичларни иккита асосий гуруҳларга ажратиш мумкин: чизиқли тезлатгичлар ва циклик тезлатгичлар. Биринчиларида заррачаларнинг траекторияси тўғри чизиққа, иккинчиларида эса - айланаларга ёки буралаётган спиралларга яқин. Тезланаётган заррачаларнинг энергияси уларнинг тезлатгич электр майдонидаги ҳаракатида ортади. Бу майдон тезлатгич русумига қараб электростатик, индукцияланган (§26.2 га қаранг) ёки юқори частотали ўзгарувчан майдон бўлиши мумкин.
Электростатик чизиқли тезлатгичда зарядланган заррача тезлатувчи электр майдон орқали бир карра ўтади. Агар q - заррачанинг заряди, ₁ ва ₂ лар эса майдондаги заррача траекториясининг бошланғич ва охирги нуқталаридаги потенциаллари бўлса, у ҳолда тезлатгичда заррача олган энергия W = q(₁- ₂) га тенг.
Потенциаллар айирмаси қанча катта бўлса, заррачанинг энергияси ҳам шунча катта бўлади. Шунинг учун бундай русумли тезлатгичларда майдон юқори кучланишли Ван-де-Граф генератори (§ 16.1 га қаранг) ёки юқори кучланишли импулpсли генератори билан ҳосил қилинади. Аммо шундай тарзда 15 МВ дан ошмайдиган (₁- ₂) нинг қийматиларини олишга мувоффақ бўлинади. Зарядланган заррачаларга анча катта энергияларни чизиқли резонанс тезлатгичларда бериш мумкин. Бундай тезлатгичларда заррачанинг энергияси ўта юқори частотали ўзгарувчан электр майдон таъсирида кўпаяди. Бу майдон тезлатилаётган заррачалар ҳаракати билан синхрон (резонанс) ўзгаради. АЫШ да электронларга 3 км масофада 22 ГэВ энергия берадиган чизиқли резонанс тезлатгичи ишлаб турибди. Электронларнинг бундай катта энергияларида чизиқли резонанс тезлатгичлар, цикликлардан анча истиқболли экан. Протон ва бошқа анча вазмин заррачаларнинг тезлатгичлари тўғрисида аҳвол бошқача бўлади.
Протонлар ва бошқа зарядланган заррачаларнинг энг катта қувватли замонавий тезлатгичлари циклик русми бўйича қурилган. Бу тезлатгичларда зарядланган заррача электр майдон орқали кўп марта ўтиб, ҳар сафар ўзининг энергиясини бир неча мингдан юзлаб минг электрон-волpтга орттиради. Заррачалар ҳаракатини бошқариш ва уларнинг даврий равишда тезлатувчи электр майдон соҳасига қайтариш учун кучли кўндаланг магнит майдони қўлланилади. Биринчи марта Э.Лоуренс (1931) томонидан қурилган цикотрон мисолида циклик тезлатгичларнинг ишлаш принципини кенгроқ тушунтирамиз.