ускорители на частици
Ускорителите са устройства за получаване на заредени частици (електрони, протони, атомни ядра, йони) с висока енергия чрез ускоряването им в електрически полета. Най-простите ускорители са линейните (високоволтови) ускорители. За тяхното създаване са разработени генератори с високо напрежение (например генераторът на Ван де Грааф). В такива ускорители частиците се ускоряват от електрическо поле, летейки под действието на неговите сили в вакуумирана камера. Ускорителите от този тип позволяват получаването на потоци от ускорени частици с енергия до 10 6 eV. Недостатъкът на ускорителите с високо напрежение е ниската енергия на диспергираните частици и големия им размер. За да замени високоволтовите ускорители, разработени в началото на 30-те години. XX век идват циклотроните (края на 30-те години). Циклотроните използват променливо високочестотно електрическо поле за ускоряване на частици. Циклотронът се състои от две кухи вакуумирани полуцилиндрични кутии - деи, в които се създава магнитно поле. В пролуката между десните се създава електрическо поле, което ускорява въведената там заредена частица. След като получи известна скорост, частицата лети в дието. В една частица се движи по дъга от окръжност, тъй като нейната скорост е перпендикулярна на магнитното поле. Докато частицата напусне диета, посоката на електрическото поле в пролуката между деите се променя на противоположната и полето продължава да ускорява частицата. С увеличаване на скоростта частицата се движи във второто дее по дъга от окръжност с по-голям радиус. Циклите на ускоряване се повтарят с всяко преминаване на частицата в пролуката между деите. Удобството на ускорението на частиците се дължи на факта, че времето на полета на частица в дее не зависи от нейната скорост и радиуса на кръговата дъга. Действително силата на Лоренц създава центростремително ускорение на частицата и нейното движениедуанте се описва от втория закон на Нютон. Тук q е зарядът на частицата, V е нейната скорост, m е масата, R е радиусът на кръговата дъга, по която се движи частицата, B е индукцията на магнитното поле. Оттук. Частицата изминава половината окръжност в дълбочината, а времето й на полет е . Независимостта на T от R и V опростява дизайна на ускорителя, което прави възможно използването на генератори с постоянна честота за създаване на електрическо поле. Малко след създаването на циклотроните те успяват да ускорят протоните до енергии от 10–20 MeV.
Недостатъците на циклотрона са свързани с факта, че когато една частица се ускори до скорост от няколко процента от скоростта на светлината, се проявяват релативистични ефекти, водещи до увеличаване на времето на полета на частицата в дието, поради което тя излиза от режим на ускорение. За да се преодолее този недостатък, са разработени ускорители с различни магнитни полета и честоти на ускоряващото магнитно поле (например синхрофазотрон).
През 40-те години. 20-ти век е създаден ускорител с различен тип действие - индукционен (бетатрон). В тези ускорители електроните се ускоряват от вихрово електрическо поле, което се генерира, когато магнитното поле се променя с течение на времето. На такива ускорители електроните се ускоряват до скорости, които са повече от 90% от скоростта на светлината.
В момента са въведени нови видове ускорители, които позволяват значително увеличаване на енергията на ускорените частици (микротрони, резонансни линейни ускорители, линейни индукционни ускорители и др.).