И.В. Савельев - Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм, волны, оптика (1115514), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Небольшие ускорители, на энергию до 50 МЗВ, нашли применение в промьппленности как источники очень жесткого рентгеновского излучения, используемого для дефектоскопии массивных изделий. Циклотрон. В основу называемого так ускорителя положена независимость периода обращения заряженной частицы в однородном магнитяом поле от ее скорости (см. (72.3)). Этот прибор состоит из двух электродов в виде половинок круглой невысокой коробки (рис. 76.3), получивших название дуантов. Дуанты заключены в откачиваемый корпус, который помещается между полюсами большого электромагнита. Поле, создаваемое электромагнитом, однородно и перпендикулярно к плоскости дуантов. На дуапты 6 66.
УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Вч подается переменное напряжение, возбуждаемое генератором высокой частоты. Введем в зазор между дуантами в тот момент, когда напряжение достигнет наибольшей величины, заряженную частицу, Частица будет подхвачена электрическим полем и втянута внутрь одного нз дуаитов. Пространство внутри дуапта является эквипотенциальным, поэтому частица в нем будет находиться под воздействием только магнитного поля.
В этом случае частица движется по окружпогти, радиус которой пропорционален скорости частицы (см. (72.2)). Подберем частоту изменения напряжения между дуантамн так, чтобы к моменту, когда частица, пройдя половину окружности, подойдет к зазору мезкду дуабпамп, разность потенциалоа между ними изменила знак и достигла амплитудного значения. Тогда частица будет снова ускорена и влетит во второй дуант с энергией в два ( раза большей, чем та, с которой она двигалась в первом дуанте.
Обладая большей скоростью, частица будет двигаться во втором дуанте по окружности большего радиуса ()А'-и), но время, за которое она Рис. 76.3. пройдет половину окружности, останется прежним, Поэтому к моменту, когда частица влетит в зазор ме'кду дуантами, напряжение между шгпи снова изменит свой знак и примет амплитудное значение.
Таким образом, частица движется по кривой, близкой к спирали, получая при каждом прохождении через зазор между дуантами дополнительную порцшо энергии, равную е'(/„(е' — заряд частицы, 1/ — амплитуда напряжения, вырабатываемого генератором). Располагая источником переменного напряжения сравнительно небольшой величины ((l -!ба В), можно с помощью циклотрона ускорить протоны до энергий порядка 25 МэВ. При более высоких энергиях начинает сказываться зависимость массы протонов от скорости — период обращения увеличивается (согласно (72.3) он пропорционален ш) и синхропизм между движением частиц н изменениями ускоряющего поля оказывается нарушенным.
Чтобы избенсать нарушения синхроннзма и получить часчицы больших энергий, делают изменяющейся либо частоту напряжения, питающего дуанты, либо индукцию магнитного поля. Прибор, в котором в процессе ускорения каждой порции частиц соответствующим образом уменьшается частота ускоряющего напряжения, называется ф а з о т р о и о м (либо с и н х р о ц и к л о т р о н о м).
Ускоритель, в котором частота остается постоянной, а индукпня магнитного поля изменяется так, чтобы отношение гп!В было постоянным, называют с и а х р о т р о н о м (ускорители этого типа применяются только для ускорения электронов). $ И.
в. Савельев, а. з 22Е гл. х. движение 3АРяженных чАстиц В ускорителе, называемом синхрофазотроном или прото н н ы м с и н х р о т р о н о м, изменяются и частота ускоряющего напряжения, и индукция магнитного поля. Ускоряемые частицы движутся в синхрофазотроне не по спирали, а по круговой траектории. По мере увеличения скорости и массы частиц индукцня магнитного поля растет так, чтобы определяемый формулой (72.2) радиус оставался постоянным. При этом период обращения изменяется как иэ-за возрастания массы частиц, так и вследствие увеличения В. Для того чтобы ускоряющее напряжение было синхронно с движением частиц, частота этого напряжения делается изменяющейся по соответствующему закону. Дуантов в синхрофазотроне нет, ускорение частиц происходит на отдельных участках траектории с помощью электрического поля, создаваемого генераторами напряжения меняющейся частоты.
Самый мощный в настоящее время (в 1981 г.) ускоритель — протонный синхротрон †запущ в 19?4 г. в лаборатории имени Ферми в Батавии (под Чикаго). Он ускоряет протоны до энергии в 500 ГэВ (5 10'" эВ). Скорость протонов, обладающих такой энергией, отличается от скорости света в вакууме менее чем на 0,0002'4 (и= =0,9999982 с). ГЛЛВЛ Х1 КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЗЛЕКТРОПРОВОДИОСТИ МЕТАЛЛОВ ф 77. Природа носителей. тока в металлах Для выяснения природы носителеп тока в металлах был поставлен ряд опытов. Прежде всего отметим опыт Рикке, осуществлен ~ый в 1901 г.
Рикке взял три цилиндра — два медных и один алюминиевый — с тщательна отшлифованными торцами. После взвешивания цилиндры были сложены вместе в последовательности: медь — алюминий — медь. Через такой составной проводник пропускался непрерывно так одного и того же напранления в течение года. За все время через цилиндры прошел заряд, равный З,а 10' Кл. Взвешивание показала, что пропускание тона не оказало на вес ци- ш - — н, линдров никакого влияния. При исследовании соприкасавшихся торцов э'о — ~ -ш под микроскопом не было обнаружено проникновения одного метал- г ла в другой. Результаты опыта свидетельствовали о том, что перенос за- Рис.
77.1. ряда в металлах осуществляется не атомами, а какими-то частицами, входящими в состав всех металлов. Такими частицами могли быть открытые в 1897 г. Томсоном электроны. Чтобы отождествить носители тока в металлах с электрсна хи, нужно было определить знак и числовое значение удельного заряда носителей. Опыты, поставленные с этой целью, основывались иа следующих соображениях. Если в металлах имеются способные перемещаться заряженные частицы„то при торможении металлического проводника эти частицы должны некоторое время продолжать двигаться по инерции, в результате чего в проводнике возникнет импульс тока и будет перенесен некоторый заряд.
Пусть проводник движется вначале са скоростью т, (рис. 77.1). Начнем тормозить его с ускорением а. Продолжая двигаться по зза гл. хь теогия электгопгоаодности метхллов икерциц, носители тока приобретут относительно проводника ускорение — ш. Такое жс ускорение можно сообщить носителям в неподвижном проводнике, если создать в нем электрическое поле напряженности Е-= — тш1е', т.
е. приложить к концам проводника разность потенциалов г 2 Г ет ми! ф,— ф, = ), Е е(! =- — ) —, г(! = — —, Е' е' 7 (ш и е' — масса и заряд носителя, 1 — длина проводника). В этом случае по проводнику потечет ток силы 7=(ег, — <р,)Я, где 17— сопротивление проводника (1 считается положительной, если ток течет н направлении движения проводника).
Следовательно, за время е(1 через каждое сечение проводника пройдет заряд г1д=!Ю= — —,, Ш =- — —,е(о. Ззряд, прошедший за все время торможения, равен е (77.!) (заряд полоиеителен, если он переносится в направлении движения проводника).
Таким образом, измерив 1, о, и И, а также заряд д, проходящий по цепи прн торможении проводника, можно найти удельный заряд носителей. Направление импульса тока даст знак носителей. Первый опыт с ускоренно движущимися проводниками был поставлен в !9!3 г.
Мандельштамом и Папалекси. Они приводили катушку из проволоки в быстрые крутильные колебания вокруг ее осп. К концам катушки подключался телефон, в котором был слышен звук, обусловленный импульсами тока. Количественный результат был получен Толменом и Стюартом в !9!6 г. Катушка из провода длиной 500 м приводилась во вращение, прп котором линейная скоросгь витков составляла 300 м1с. Затем катушка резко тормозилась и с помощью баллистического гальванометра измерялся заряд, протекавший в цепи за время торможения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
