znaczony jest czerw oną lin ią . Oprócz zmiennego stru m ien ia magnetycznego stosujemy tu jeszcze
zm ienne pole elektryczne
za t y m is tn ie ją jeszcze m o ż liw o ś c i w y k o rz y s ta n ia ta k ic h s z y b k ic h e le k tro n ó w be zpo średn io do z w a l
cz a n ia k o m ó re k r a k o w a ty c h prze z niszczenie ic h p r z y b o m b a rd o w a n iu t y m i e le k tro n a m i (za m ia st p ro m ie n i g a m m a i p ro m ie n i p r z e n ik liw y c h R o e n t
gena). R ó w n ie ż zasto sow a nia p rz y b a d a n ia c h s t r u k t u r y g ru b y c h p ły te k m e ta lo w y c h z n a la z ły t u duże m o ż liw o ś c i i z o s ta ły w y k o rz y s ta n e w te c h n ic e m e ta lo g ra fic z n e j.
Z u w a g i n a te lic z n e z asto sow a nia p ra k ty c z n e , b e ta tro n y zaczyna się obecnie p ro d u k o w a ć s e ry jn ie .
W fiz y c e ją d r o w e j z n a la z ły ta k ie e le k tr o n y za
sto so w a n ie p r z y w y w o ły w a n iu n ie k tó r y c h zresztą b a rd z o rz a d k ic h , p rz e m ia n p ie rw ia s tk ó w .
SYN CHRO TRO N
1 E S Z C Z E je d n o d z ia ło f iz y k i ją d r o w e j o p a rte na
J
ru c h u o b ro to w y m cząstki, k tó r e tu c h c ie lib y ś m y ju ż t y lk o b a rd z o k r ó tk o o m ó w ić — to tz w . s y n c h ro tro n . S ta n o w i on p e w n ego ro d z a ju p o łą czenie c y k lo tr o n u z b e ta tro n e m .S y n c h ro tro n zosta ł w y n a le z io n y p rze z ro s y js k ie g o fiz y k a W e k s le ra i prze z M a c M ilia n a .
D o tych czas z o s ta ł z re a liz o w a n y s y n c h ro tro n d la e le k tro n ó w , a w p ro je k c ie z n a jd u ją się o lb rz y m ie s y n c h ro tro n y d la p ro to n ó w .
C zą stka n a e le k try z o w a n a po rusza się w s y n c h ro - tr o n ie n a jp ie r w ta k ja k w b e ta tro n ie , po d w p ły w e m d z ia ła n ia zm ie nn ego s tru m ie n ia m ag ne tyczn eg o, a d o p ie ro k ie d y osiąg nie b a rdzo duże stałe p rę d kości, zosta je przyśp ie szana p rz y po m o c y z m ie n n e go p o la e le k try c z n e g o , po do b n ie ja k w c y k lo tro n ie , t y lk o n ie w z d łu ż s p ira li, a po ko le .
T e t o r y k o lis te cz ą s tk i um ieszczone są w e w n ą trz m e ta lo w e j r u r y tw o rz ą c e j p ie rś c ie ń p o d z ie lo n y na c z te r y o d d z ie ln e ró w n e części. R u rę m e ta lo w ą um ieszcza się w ru rz e s z k la n e j (p o d o b n ie ja k w be
ta tro n ie ) i całość w k ła d a p o m ię d z y b ie g u n y m a g nesu z w y d rą ż o n y m rd z e n ie m , ta k , że p o le m a g n e ty c z n e o b e jm u je t y lk o w ią z k ę p o ru s z a ją c y c h się cząstek.
C z ą s tk i w ty m p r z y p a d k u są przyśpieszane w p rz e rw a c h p o m ię d z y m e ta lo w y m i o d c in k a m i p ie rś c ie n ia , je ż e li n a tu r a ln ie d o b ie rz e m y odpo
w ie d n io częstość z m ia n p o la e le k try c z n e g o . ró w c e e le k try c z n e j). T a k ą r u r ę sz k la n ą um ieszcza
m y p o m ię d z y b ie g u n a m i s iln e g o e le k tro m a g n e s u p ro s to p a d le do l i n i i s ił p o la m ag ne tyczn eg o w n im w y tw o rz o n e g o . P ole m a g n e ty c z n e n ie po sia da tu je d n a k stałe go n a tę ż e n ia ja k w c y k lo tr o n ie , ale je go w a rto ś ć u s ta w ic z n ie się z m ie n ia M ó w im y w ta k im p rz y p a d k u , że z m ie n ia się lic z b a l i n i i s ił ta k ie g o p o la , a lb o jeszcze in a cze j, że z m ie n ia się s tru m ie ń m a g n e ty c z n y w t y m p o lu .
P ra w a f iz y k i k la s y c z n e j p o u c z a ją nas, że p rz y z m ia n ie ta k ie g o s tru m ie n ia m a g n e tyczn e g o p o w s ta je je dn ocześn ie p e w n e p o le e le k try c z n e , k tó re g o lin ie s ił z a m y k a ją się k o lis to d o k o ła teg o s tr u m ie n ia w p łaszczyźn ie do nie g o p ro s to p a d łe j.
J e ż e li zate m t a k i z m ie n n y s tru m ie ń m a g n e ty c z n y p rz e p u ś c im y p ro s to p a d le przez ś ro d e k k o ła , u tw o rz o n e g o p rze z naszą r u r ę szkla ną , to w y t w o rzo n e w n ie j e le k tr o n y będą pędzone p rze z p o w s ta łe w te n sposób p o le e le k try c z n e w z d łu ż te j k o lis te j r u r y . J e ż e li p r z y ty m d o b ie rz e m y o d p o w ie d n io częstość z m ia n s tru m ie n ia m a g n e tyczn e g o do częstości r u c h u po k o le , to e le k tro n y m ogą w y k o nać w ie le ty s ię c y o b ro tó w p o d w p ły w e m d z ia ła n ia te j s iły e le k try c z n e j i osiągnąć b a rd z o w ie lk ie p rę d k o ś c i, a w ię c i energie.
O trz y m a n e do tychczas p rę d k o ś c i e le k tro n ó w w b e ta tro n ie w y n o s iły o k o ło 295 000 k m fs e k . a w ię c d o c h o d z iły p ra w ie do p rę d k o ś c i ś w ia tła , a uzyska ne p rz e z n ic h e n e rg ie w y n o s iły o k o ło 20 M e V , a w ię c b y ły k ilk a k r o t n ie w ię ksze , n iż e n e rg ie p ro m ie n i b e ta c ia ł p ro m ie n io tw ó rc z y c h .
T a k ic h b a rd z o s z y b k ic h e le k tro n ó w u ż y w a się p rze de w s z y s tk im do w y tw a r z a n ia b a rd z o k r ó tk ic h f a l e le k tro m a g n e ty c z n y c h ( ty p u p ro m ie n i gam m a), k tó r e p o w s ta ją p r z y z a h a m o w a n iu ty c h e le k tro n ó w (p o d o b n ie ja k p ro m ie n ie R o en tg en a t y lk o d la e le k tr o n ó w o k o ło sto ty s ię c y ra z y p o w o ln ie js z y c h ). P o
-B etatron. Czerw oną lin ią zaznaczony jest to r e le k tronu w opróżnionym z pow ietrza pierścieniu. Ruch elektronu, w y w o ła n y jest zm ian ą natężenia stru
m ienia magnetycznego
T o ry gru bej w ią z k i cząstek alfa o w ie lk ie j energii rzędu 400 M e V o trzym anych w cyklo-synchrotronie.
Zdjęcie z kom ory W ilsona umiesz
czonej w polu m agnetycznym
Z a te m o d p o w ie d n ie z m ia n y n a tę ż e n ia p o la m a g n e tyczneg o i częstości z m ia n p o la e le k try c z n e g o są p rz y c z y n ą w z ro s tu e n e rg ii c z ą s tk i p o ru s z a ją c e j się W s y n c h ro tro n ie .
S y n c h ro tro n y b u d o w a n e d la e le k tro n ó w m a ją za zad an ie o trz y m a ć e le k tr o n y o e n e r
g ia c h b a rd z o d u ż y c h (do 300 M eV ), le p rz y znacznie m n ie js z y c h kosz
ta c h , n iż w b e ta tro n ie .
B a rd z ie j re w e la c y jn y c h w y n ik ó w ocze ku je się ob ecn ie od p r o je k to w a n y c h s y n c h ro tro n ó w d la p ro to n ó w . W ta k ic h s y n c h ro tro n a c h spodzie
w a ją się u c z e n i w y p ro d u k o w a ć p ro to n y o e n e rg ia c h 1000 — 2500 M e V , tzn. o e n e rg ia c h teg o sam ego rz ę d u co e n e rg ie d o cho dzą cych do nas p r o m ie n i k o s m ic z n y c h .
M ó w i się ró w n ie ż o k o n k r e tn y m p r o je k c ie s y n c h ro tro n u d la e le k tr o n ó w o e n e rg ii 10 000 M e V .
C ię ż a r ś re d n ie g o z ty c h z a p ro je k to w a n y c h s y n c n ro tro n o w m a w y n o s ić 15 000 to n , ś re d n ic a k o ła obieganego prze z c z ą s tk i-p o c is k i będzie rz ę d u 15 m e tró w , a k o s z ty w y ra ż o n e w naszej w a lu c ie s ię g a ły b y k i l k u m ilia r d ó w z ło ty c h .
N a r y s u n k u p o k a z a n o s z k ic m o d e l u ta k ie g o ,s y n c h ro tro n u -g ig a n ta (p rz y je d n e j z p r z e r w je s t um ie s z czona s y lw e tk a c z ło w ie k a d la p o ró w n a n ia ro z m ia ró w ). C z te ry o d c in k i p ie rś c ie n ia z a w ie ra ją k a w a łk i k o lis te j r u r y m e ta lo w e j, w e w n ą tr z k tó r e j p o ru s z a ją się przyśp ie szane cząs tk i. W n ę trz e ty c h r u r m u s i' b yć d o k ła d n ie o p ró ż n io n e z p o w ie trz a , co sam o s ta je się ju ż b a rd z o t r u d n y m z a g a d n ie n ie m te c h n ic z n y m . O in n y c h tru d n o ś c ia c h le p ie j t u n a ra - zie n ie m ó w ić .
C yklotron w całości. O grom na ra m a b ia ła prosto
k ą tn a jest w ie lk im elektrom agnesem w ażącym 4000 ton. W środku w idać kom orę z d uantam i. W lew ej części w ie lk a pom pa próżniowa.
NO W E A K C E LE R A TO R Y L IN IO W E
l E S Z C Z E je d n y m ty p e m p r o je k to w a n y c h o sta -
«J tn io d z ia ł f iz y k i ją d r o w e j są e k c e le ra to ry lin io we.
Są to p ro s to lin io w e d łu g ie r u r y o d łu g o ś c i rz ę d u od k ilk u n a s tu d o k ilk u s e t m e tró w , p o d zie lo n e n a szereg oso bn ych o d c in k ó w , w z d łu ż k tó r y c h m o gą po rusza ć się c z ą s tk i n a e le k try z o w a n e . O d c in k i t a k ie j r u r y są od d zie lo n e od sie bie i p o m ię d z y n i
m i w y tw a r z a się dużą ró ż n ic ę p o te n c ja łó w o t a k im k ie r u n k u , ż e b y c z ą s tk i-p o c is k i b y ły przyśp ie szane p r z y p rz e jś c iu z je d n e g o o d c in k a do d ru g ie g o .
D o r u r y w p u s z c z a m y jo n y ju ż p rzyśp ie szone do b a rd z o d u ż y c h e n e rg ii, rz ę d u n p . k i l k u m ilio n ó w e le k trd n o w o ltó w , p r z y p o m o c y g e n e ra to ra V a n de G ra a ffa , a d o p ie ro p ó ź n ie j c z ą s tk i te p o d d a je m y jeszcze d z ia ła n iu zm ie n n e g o p o la e le k try c z n e g o o b a rd z o d u ż e j częstości (rz ę d u częstości ra d a ro w y c h ), w czasie k ie d y prze cho dzą p rze z p rz e rw y p o m ię d z y o d c in k a m i r u r y . K a ż d y o d c in e k r u r y m a s w ó j w ła s n y g e n e ra to r w y s o k ie j częstości, a s z tu k a u ru c h o m ie n ia c a łe j t a k ie j a p a r a tu r y po le ga n a ty m ,
Szkic projektow anego olbrzymiego synchrotronu. Synchrotron składa się z czterech oddzielonych odcin
kó w pierścienia opróżnionych d o . kia d n ie p rzy pomocy układ u pomp.
Z p ra w e j strony rysu nku w idać w a lec generatora V a n de G ra a ffa d a ją . cego w stępną energię jon ó w (rzędu paru m ilio n ó w eV). Jony o ta k ie j prędkości są d alej przyśpieszane w przerw ach pom iędzy odcinkam i p rzy pomocy g eneratorów prądu szybko zmiennego.
żeby z m ia n y z n a k u n a p ię c ia z a c h o d z iły w te d y , k ie d y jo n p rz e b ie g a w n ę trz e danego o d c in k a .
P ie rw s z y z ta k ic h re a liz o w a n y c h a k c e le ra to ró w lin io w y c h po sia da d łu g o ść o k o ło 13 m e tr ó w i m a da w a ć p ro to n y o e n e rg ii rz ę d u 40 M e V . W p r o je k cie z n a jd u je się a k c e le ra to r tego samego ty p u o d łu gości o k o ło 600 m e tró w , k t ó r y m a da w a ć en erg ie rz ę d u 1800 M e V .
Z A K O Ń C Z E N IE
N a t y m k o ń c z y m y nasz p rz e g lą d a r t y le r ii ją d r o w e j. Is tn ie ją ju ż i p ra w d o p o d o b n ie będą jeszcze
w p ro w a d z a n e in n e o d m ia n y a p a ra tó w teg o ro d z a ju , ale zasady ic h d z ia ła n ia będą się o p ie ra ły p ra w d o p o d o b n ie na ja k ie jś k o m b in a c ji o m ó w io n y c h w y żej m etod .
K r ó t k ie z e s ta w ie n ie n a jb a rd z ie j c h a ra k te ry s ty c z n y c h cech a k c e le ra to ró w z n a jd z ie c z y te ln ik w ta b lic a c h .
Z b liż a m y się s z y b k im i k r o k a m i do o s ią g n ię c ia sztu czn ie e n e rg ii rz ę d u m ilia r d a e le k tro n o w o ltó w , z a te m e n e rg ii ty s ią c ra z y w ię k s z y c h , n iż te ja k ie u m ie liś m y o trz y m y w a ć p rz e d p o c z ą tk ie m o s ta tn ie j
C h a ra k te ry s ty k a różnych „d ział ją d ro w y c h “ (a k c e le ra to ró w )
ty p
• N
I
T33 d
^ 0/ *N Cd
2 G
M<
I V a n de G r a a ff I C y k lo tr o n
e n e rg ia o trz y m a n a
(in
MeV)ś re d n i p rą d (w m ilio n o w y c h częściach am pera)
5 — 6 20
1000 100 — 500
<D
fi
O)xs
fi
CDO
i
B e ta tro n
S y n c h ro -c y k lo tro n S y n c h ro tro n
e le k tro -m a g n e ty c z n y
A k c e le r a to r y lin io w e
100
200 (d e u te ro n ) 400 (c z ą s tk i a lfa )
70
(w p ro je k ta c h i w p ró b a c h )