Бетатрон

Липецкий государственный  технический университет

 

 

Кафедра физики

 

 

 

 

 

Реферат

«Бетатрон»

 

 

 

 

 

 

Студент		Мартиросян С.Д.
Группа  СМ-10
Руководитель		Строковский Г.С.

                                         

 

 

Липецк 2012 г.

 

 

 

 

Схема бетатрона: а) вид сверху, б) сечение по линии  АА. Показаны вектора Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей. 1 - электромагнит, 2 - вакуумная камера, 3 - орбита электрона, 4 - инжектор, 5 - тормозная  мишень, 6 - тормозное излучение.

    Первым  циклическим ускорителем электронов  явился бетатрон. Его первый экземпляр  был построен в 1940 г. Д. Керстом. Бетатрон - это индукционный ускоритель, в котором энергия электронов увеличивается за счет вихревого электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным потоком, направленным перпендикулярно к плоскости орбиты частиц. Электроны двигаются по круговой орбите постоянного радиуса в нарастающем во времени по синусоидальному закону магнитном поле (обычно промышленной частоты 50 Гц). Удержание электронов на орбите постоянного радиуса обеспечивается определенным образом подобранным соотношением между величинами магнитного поля на орбите и внутри неё. Рабочим циклом является первая (нарастающая) четверть периода магнитного поля.

     Бетатрон конструктивно представляет  собой большой электромагнит,  между полюсами которого расположена  тороидальная вакуумная камера (см. рисунок). Электромагнит создаёт в зазоре между полюсами переменное (меняющееся со временем по закону синуса, обычно с промышленной частотой 50 Гц) магнитное поле напряженностью H, которое в плоскости вакуумной камеры создаёт вихревое электрическое поле Е (э.д.с. индукции). В вакуумную камеру с помощью инжектора (электронная пушка) в начале каждого периода нарастания магнитного поля (т.е. с частотой 50 Гц) впрыскиваются электроны, которые увлекаются вихревым электрическим полем Е в процесс ускорения по круговой орбите. В момент, когда магнитное поле достигает максимального значения (в конце первой четверти каждого периода), процесс ускорения электронов прекращается и сменяется их замедлением, так как вихревое поле Е меняет направление, а э.д.с. индукции – знак.

    Электроны,  достигшие наибольшей энергии,  смещаются с равновесной орбиты  и либо выводятся из камеры, либо направляются на специальную  мишень внутри камеры, называемую  тормозной.   Торможение электронов  в этой мишени в кулоновском  поле ядер и электронов приводит  к возникновению электромагнитного  тормозного излучения, максимальная  энергия которого  равна кинетической энергии Е_е электронов в конце ускорения: = Е_е. Тормозные фотоны летят в направлении движения первичных электронов в узком конусе. Их энергетический спектр непрерывен, причем, чем меньше энергия фотонов, тем их больше в тормозном излучении. Формирование высокоэнергичного электромагнитного γ-излучения торможением высокоэнергичных электронов в мишени - наиболее простой и эффективный способ создания пучка γ-квантов высокой энергии для экспериментов в области ядерной физики и физики частиц.

     Бетатроны преимущественно и  используются как источники тормозного  излучения. Благодаря простоте  конструкции и управления, а также  дешевизне бетатроны получили широкое применение в прикладных целях в диапазоне энергий 20-50 МэВ. Создание бетатронов на более высокие энергии сопряжено с необходимостью использования электромагнитов слишком большого размера и веса (магнитное поле приходится создавать не только на орбите, но и внутри неё).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. Коломенский А.А. Физические основы методов ускорения заряженных частиц. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1980. 302 с., 81 ил. Библиогр. 52 назв.
2. Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей: В 3-х т. Учеб. Пособие для вузов. Т. 1. Ускорители заряженных частиц. –М.: Энергоиздат, 1981.– 192 с., ил.

3.         Брук  Г. Циклические ускорители заряженных частиц. Введение в теорию [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://bankknig.net/knigi/65603-ciklicheskie-uskoriteli-zaryazhennyx-chastic.html (15.07.2010).