Линейные ускорители

    Линейные ускорители – ускорители заряженных частиц, в которых частица движется по прямолинейной траектории. Линейные ускорители можно разбить на две категории – ускорители прямого действия и собственно линейные ускорители.
    Наиболее известным ускорителем прямого действия является электростатический генератор (генератор Ван де Граафа), где частицы или ионы ядер ускоряются непосредственно за счет одно- или двукратного (в тандемах) прохождения разности потенциалов, достигающей 20 миллионов вольт. Однако, в таких ускорителях трудно обеспечить энергию частиц больше 40 - 50 МэВ для протонов и для достижения ещё больших энергий используют собственно линейные ускорители.

Рис. 1. Схема линейного ускорителя

    В линейных резонансных ускорителях (рис. 1) частица подвергается многократному ускорению, пролетая сквозь ряд цилиндрических трубок, присоединенных к электрическому генератору высокой частоты (используют радиочастотные генераторы). Пучок частиц двигается вдоль оси трубок. Внутри каждой трубки электрическое поле равно нулю. Соседние трубки имеют противоположную полярность. Таким образом, ускоряющее поле высокой частоты с напряжением порядка сотен кВ находится в зазорах между трубками. Частота генератора и размеры трубок подбираются так, чтобы сгусток ускоряемых частиц подходил к очередному зазору в тот момент, когда полярность трубок изменяется на противоположную.
    Длина трубки l_n, скорость частицы v_n и частота ускоряющего поля ƒ связаны соотношением

l_n =v_n/(2ƒ).

    Так как скорость частицы увеличивается при прохождении очередного ускоряющего промежутка, длины ускоряющих трубок также увеличиваются. После прохождения n ускоряющих промежутков частица приобретет кинетическую энергию T_n = nZeU. В нерелятивистком приближении скорость частицы , и длина l_n соответствующей дрейфовой трубки возрастает пропорционально √n. Когда частица достигает релятивистских скоростей , длина трубок становится постоянной.

Рис. 2. Стэнфордский линейный ускоритель (SLAC)

    Для достижения больших энергий приходится строить линейные ускорители большой длины. Наибольший линейный ускоритель был построен в Стэнфорде (США). Он работал в период 1989-1998 гг., имел длину около 3 км и ускорял как электроны, так и позитроны до энергии 50 ГэВ. Для достижения такой энергии частицы проходят около 80 000 ускоряющих промежутков. Этот ускоритель работал в режиме коллайдера, когда пучок электронов с энергией 50 ГэВ сталкивается с пучком позитронов такой же энергии.

[Ускорители]