БЕТАТРОН это:

БЕТАТРОН
БЕТАТРОН

       
циклич. ускоритель эл-нов, в к-ром ускорение производится вихревым электрич. полем, индуцируемым перем. магн. полем, охватываемым круговой орбитой ч-ц. (см. УСКОРИТЕЛИ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

БЕТАТРОН

- циклический индукционный ускоритель электронов, в к-ром энергия частиц увеличивается за счёт вихревого электрич. поля, создаваемого изменяющимся магн. потоком, пронизывающим орбиту частиц.

В 1922 Дж. Слепян (J. Slepian) запатентовал ускоритель, использующий вихревое магн. поле. В 1928 P. Видероэ (R. Wideroe) сформулировал условия существования равновесной орбиты, т. е. орбиты пост. радиуса (т. н. условие Видероэ, см. ниже). Однако первый действующий Б. был создан лишь в 1940 Д. Керстом (D. Kerst) на основе разработанной им (совместно с P. Сербером (R. Serber)) теории движения электронов в Б. и тщательной отработки конструкции ускорителя.

Переменный центр. магн поток создаёт в Б. вихревую эдс индукции, ускоряющую электроны. Удержание ускоряемых электронов на равновесной круговой орбите осуществляется ведущим (управляющим) магн. полем, надлежащим образом меняющимся во времени, Радиус r мгновенной орбиты, по к-рой обращается в момент t электрон с импульсом р в азимутально-симметричном магн. поле, равен:

1119910-586.jpg

где В(r, t) - магн. индукция поля, е - величина заряда электрона. Для равновесной орбиты (r=R=const) нужно, чтобы импульс р менялся во времени пропорционально удерживающему полю В:1119910-587.jpg .T. к. скорость изменения импульса 1119910-588.jpg определяется напряжённостью ускоряющего электрич. поля E на орбите, равного по закону эл.-магн. индукции E=1119910-589.jpg (Ф - поток магн. индукции через орбиту, 1119910-590.jpg -ср. значение магн. поля внутри орбиты радиуса r), то для равновесной орбиты выполняется соотношение:

1119910-591.jpg

Его интегрирование даёт:

1119910-592.jpg

В частности, при синхронном изменении В ср (t) и B(t), наиболее просто реализуемом практически, условие постоянства радиуса орбиты принимает вид:

В ср(t) = (t). (4)

Это условие [или более точное условие (2)] наз. бетатронным условием, условием Видероэ или "условием 2 : 1".

Частица, инжектированная в ускоритель на равновесном радиусе с импульсом, определяемым соотношением (1) (т. н. равновесная частица), будет в процессе ускорения непрерывно обращаться по орбите пост. радиуса. Для частицы, инжектированной с др. нач. импульсом, мгновенная орбита будет иной, однако в процессе ускорения она станет медленно приближаться к равновесной. Можно показать, что её расстояние от равновесной будет уменьшаться обратно пропорционально В.

Для устойчивости равновесной орбиты необходимо, чтобы магн. поле Б., удерживающее электроны на орбите, слегка спадало по радиусу (см. Фокусировка частиц, в ускорителе): коэф. спадания п магн. поля по радиусу, определяемый соотношением

1119910-593.jpg

должен находиться в пределах: 0 < п <1. (6)

В действительности, чтобы избежать резонансной раскачки частиц гармониками магн. поля и др. резонансных явлений, он должен быть зафиксирован в ещё более жёстких пределах; обычно n~0,6-0,7. Требуемый спад магн. поля и его однородность по азимуту достигаются с помощью спец. профилирования магн. полюсов, формирующих управляющее магн. поле, и дополнит. компенсирующих обмоток, регулирующих азимутальную вариацию поля.

В процессе ускорения амплитуды колебаний частиц около мгновенной орбиты (т. <е. бетатронных колебаний) уменьшаются обратно пропорционально 1119910-594.jpg (т. е. для Б. обратно пропорционально 1119910-595.jpg), так что ускоряемый поток электронов сосредоточивается вблизи равновесной орбиты.

Типичная схема Б. показана на рис. 1. Электромагнит перем. тока создаёт перем. магн. поток между сердечниками 1 и управляющее магн. поле в зазоре между профилированными полюсными наконечниками 2.

1119910-596.jpg

Рис.1. Схематический разрез бетатрона: 1 - центральный сердечник; 2 - полюсные наконечники; 3 - сечение кольцевой вакуумной камеры; 4 - ярмо магнита; 5 - обмотки электромагнита.

Сердечник электромагнита выполнен из тонкого листового ("трансформаторного") железа для уменьшения в нём вихревых токов. Инжектором служит электронная пушка, располагаемая вблизи вакуумной камеры 3 и периодически впускающая электроны примерно по касательной к равновесной орбите в тот момент, когда значение управляющего магн. поля соответствует импульсу инжектируемых электронов.

Магн. поле меняется периодически (рис. 2, а), ускорение производится на участке (t н, t к )роста управляющего магн. поля. В конце цикла ускорения с помощью спец. "смещающей" обмотки нарушают соотношение (2), обеспечивающее постоянство радиуса орбиты. Пучок отклоняется от равновесной орбиты и может быть выведен из ускорит. камеры (см. Вывод пучка )или направлен на мишень, расположенную внутри камеры вдали от равновесной орбиты.

В большинстве Б. управляющее поле В и индуцирующий поток меняются синхронно (рис. 2, а). При этом магн. поле на орбите не может превышать половины макс. поля В макс, определяемого насыщением железа. Чтобы избежать этого ограничения, в нек-рых установках применено т. <н. подмагничивание: в соответствии с соотношением (3) в управляющее поле с помощью дополнит, обмотки вводится постоянная составляющая В0 (рис. 2, б), что позволяет почти удвоить его макс. значение.

Бетатронный режим ускорения применяется также на небольших синхротронах для предварит. ускорения частиц до релятивистских энергий.

Благодаря простоте конструкции, дешевизне и удобству пользования Б. получили особенно широкое применение в прикладных целях в диапазоне энергий 20- 50 МэВ. Используется либо непосредственно пучок ускоренных электронов, либо вызываемое им при попадании на мишень тормозное излучение. Преимущества

1119910-597.jpg

Рис. 2. Изменение магнитного поля в бетатроне без подмагничивани я ( а) и с подмагничиванием (б). В- управляющее магнитное поло; В ср- среднее поле внутри орбиты; B0 -постоянная составляющая управляющего поля; t н и t к- начальный и конечный моменты времени цикла ускорения.

Б. перед др. источниками g-излучения - простота обращения с ним, возможность плавной регулировки энергии, очень малые размеры источника излучения. В пром-сти Б. используются гл. обр. для радиац. дефектоскопии материалов и изделий и в скоростной рентгенографии (при исследовании быстро протекающих процессов внутри закрытых объёмов), в медицине - для радиац. терапии.

Разработаны разл. модификации Б.: двухкамерные (стереобетатроны), дающие два луча, пересекающиеся в заданном месте вне Б.; с постоянным во времени магн. полем (типа магн. поля в секторных фазотронах и циклотронах), преимуществом к-рых является существ. увеличение времени захвата в режим ускорения. Для повышения интенсивности ускоренного пучка в Б. предлагались также более эффективные методы фокусировки (жёсткая фокусировка, фокусировка продольным магн. полем, газовая фокусировка и др.).

Лит.: Керст Д. У., Бетатрон, пер. с англ., "УФН", 1944, т. 26, с. 181; Ананьев Л. M., Воробьев А. А., Горбунов В. И., Индукционный ускоритель электронов - бетатрон, M., 1961; Коломенский А. А., Физические основы методов ускорения заряженных частиц, M., 1980; Москалев В. А., Бетатроны, M., 1981. Э. Л. Бурштейн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

Смотреть что такое "БЕТАТРОН" в других словарях:

  • Бетатрон — на энергию 6 МэВ, 1942 год. Экспонат музея в Бонне. Бетатрон циклический ускоритель электронов с постоянной равновесной орбитой, ускорение в котором пр …   Википедия

  • БЕТАТРОН — [< гр. beta вторая буква греческого алфавита, указывающая в физике на связь с радиоактивными веществами + (элек)трон] физ. установка для ускорения (ускоритель) электронов до энергии в сотни миллионов электрон вольт, в которой электроны ускоряются …   Словарь иностранных слов русского языка

  • бетатрон — Циклический индукционный ускоритель электронов с нарастающей во времени магнитной индукцией ведущего магнитного поля. [ГОСТ Р 52103 2003] бетатрон Аппарат, в котором электроны ускоряются по круговой орбите до их отклонения на мишень для создания… …   Справочник технического переводчика

  • БЕТАТРОН — циклический ускоритель электронов, в котором электроны ускоряются вихревым электрическим полем, порожденным переменным магнитным полем. Обычно энергия электронов в бетатроне не выше 100 МэВ …   Большой Энциклопедический словарь

  • БЕТАТРОН — БЕТАТРОН, тип УСКОРИТЕЛЯ частиц, состоящий из замкнутой кольцеобразной вакуумной камеры, в которой содержатся электроны. Их разгоняют под воздействием быстро меняющегося магнитного поля. Когда они достигают высокого уровня энергии, порядка 350… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • бетатрон — сущ., кол во синонимов: 2 • стереобетатрон (1) • ускоритель (37) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Бетатрон — индукционный циклический ускоритель, в котором электроны удерживаются на постоянной круговой орбите с помощью увеличивающегося во времени магнитного поля, а ускоряются вихревым электрическим полем, создаваемым переменным магнитным полем. Термины… …   Термины атомной энергетики

  • бетатрон — (прибор) …   Орфографический словарь-справочник

  • БЕТАТРОН — установка для ускорения (ускоритель) электронов до энергии в сотни МэВ. В Б. электроны ускоряются вихревым электрическим полем, создаваемым переменным магнитным полем …   Большая политехническая энциклопедия

  • бетатрон — а; м. Установка для ускорения электронов, осуществляемого при помощи электромагнитной индукции. ◁ Бетатронный, ая, ое. Б ая техника. * * * бетатрон циклический ускоритель электронов, в котором электроны ускоряются вихревым электрическим полем,… …   Энциклопедический словарь

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»