к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Автофазировка

Автофазировка (фазовая устойчивость) - явление устойчивости движения частиц в продольном (вдоль орбиты) направлении в резонансных ускорителях, обусловленное зависимостью промежутка времени Т между последующими ускорениями от полной энергии 111991-288.jpg частицы. Открыто в 1944-45 В. И. Векслером и независимо от него Э. М. Макмилланом (Е. М. McMillan). Лежит в основе действия большинства совр. резонансных ускорителей заряж. частиц.

В простейшем случае циклич. ускорителя с однородным магн. полем период обращения Т связан со значением магн. индукции В на круговой орбите и полной релятивистской энергией частицы 111991-289.jpg соотношением

111991-290.jpg (1)

где е - заряд частицы. Из (1) видно, что с ростом энергии частицы период обращения увеличивается. Обозначим через 111991-291.jpg "равновесную фазу" - фазу поля (отсчитываемую от его макс. значения; рис. 1) в ускоряющем зазоре, попадая в к-рую частица набирает такую энергию 111991-292.jpg (111991-293.jpg - ускоряющее напряжение), чтобы непрерывно двигаться в резонанс с ускоряющим полем.

111991-294.jpg

Период обращения Т этой частицы равен или кратен периоду ускоряющего поля 111991-295.jpg , где q - целое число, наз. кратностью ускорения. Очевидно, фаза -111991-296.jpg будет также равновесной, т. к. в этой фазе частица набирает точно такую же энергию, как и в фазе 111991-297.jpg. Если частица попадёт в фазу111991-298.jpg , она наберёт энергию111991-299.jpg, меньшую 111991-300.jpg, прирост её энергии будет меньше равновесного значения, а следовательно, согласно (1), и период станет меньше равновесного. Поэтому при следующем обороте частица придёт к ускоряющему промежутку раньше, т. е. её фаза приблизится к равновесной. Напротив, немного отставшая частица (111991-301.jpg<111991-302.jpg) приобретёт избыточную энергию (т.к.111991-303.jpg111991-304.jpg), её период обращения станет больше равновесного, вследствие чего на следующем обороте она позже придёт к ускоряющему зазору и её фаза тоже приблизится к равновесной.

Малые отклонения энергии частицы от равновесной также имеют тенденцию уменьшаться. Действительно, если частица находится в равновесной фазе 111991-305.jpg, но её энергия больше равновесной (соответствующей периоду ускоряющего поля Туск), то её период обращения больше уск и она приходит на след. обороте к зазору с опозданием, т. е. её фаза 111991-306.jpg , а приобретаемая энергия 111991-307.jpg. Т. о., отличие энергии от равновесной будет уменьшаться.

Благодаря описанному механизму частицы, находящиеся в нек-рой окрестности равновесной фазы111991-308.jpg (т. н. область захвата), совершают колебания около этой фазы, т. е. фаза 111991-309.jpg динамически устойчива. Все частицы, находящиеся в области захвата, колеблясь около фазы111991-310.jpg, набирают в ср. такую же энергию, как и частица в равновесной фазе (т. н. равновесная частица), т. е. ускоряются.

Аналогично можно показать, что вторая равновесная фаза -111991-311.jpg неустойчива: малые отклонения от неё приводят к дальнейшему уходу частиц от этой фазы.

В общем случае для циклич. ускорителей с магн. полем, зависящим от азимута и радиуса, ф-лу (1) следует заменить на соотношение

111991-312.jpg (2),

где <В> - нек-рое усреднённое по орбите значение магн. индукции, зависящее от энергии частицы; поэтому характер зависимости Т от 111991-313.jpg оказывается более сложным. Если 111991-314.jpg, т. е. период растёт с ростом энергии, то, как и раньше, оказывается устойчивой равновесная фаза 111991-315.jpg, вблизи к-рой ускоряющее электрич. поле убывает с увеличением времени. Если же 111991-316.jpg, т. е. период обращения убывает со временем, то устойчива фаза -111991-317.jpg, вблизи к-рой ускоряющее поле нарастает со временем.

Для более точного описания изменения фазы следует количественно рассмотреть динамику частицы, энергия к-рой мало отличается от энергии равновесной частицы, движущейся в точном синхронизме с уско-

ряющим полем и набирающей за каждый оборот энергию 111992-1.jpg , где 111992-2.jpg - равновесная фаза. Неравновесная частица, проходящая ускоряющий зазор в фазе 111992-3.jpg, набирает энергию 111992-4.jpg. Избыточная энергия (по сравнению с равновесным приростом), приобретённая частицей за оборот, равна:

111992-5.jpg (3).

Этому отклонению энергии соответствует отклонение частоты обращения

111992-6.jpg (4),

где 111992-7.jpg - равновесные значения энергии и частоты в данный момент ускорения, а коэфф. К определяется соотношением

111992-8.jpg (5)и является удобной дифференц. характеристикой ускорителя.

Отклонение частоты обращения от равновесной на 111992-9.jpg приводит к скольжению фазы ускоряющего напряжения со скоростью

111992-10.jpg (6).

Соотношения (3), (4) и (6) и определяют колебания фазы и энергии во времени.

Переходя в (3) к изменению энергии в единицу времени (а не за период обращения 111992-11.jpg ), получаем:

111992-12.jpg

что е учётом (4) и (6) приводит к дифференц. ур-нию для фазы

111992-13.jpg (7).

По форме оно совпадает с ур-нием колебаний физ. маятника с моментом инерции 111992-14.jpg , моментом силы тяжести 111992-15.jpg и внешним моментом 111992-16.jpg (рис. 2). Для маятника физически очевидно, что могут существовать два положения равновесия: 111992-17.jpg и 111992-18.jpg . Нижнее положение равновесия 111992-19.jpg устойчиво, а верхнее 111992-20.jpg - неустойчиво. Маятник может совершать движения двух качественно разл. типов - либо колебания около устойчивой равновесной фазы j0, либо (при очень больших нач. отклонениях от равновесия или при очень больших нач. скоростях) вращат. движение, при к-ром он проходит все углы 111992-21.jpg.

Соответственно и в ускорителе фаза частицы может либо совершать колебат. движения около равновесной фазы111992-22.jpg(т. н. синхротронные колебания), либо скользить по фазе, пробегая все значения фаз. Колебат. движению частицы по фазе соответствуют, согласно (4) и (6), колебания энергии частицы и её частоты обращения вокруг равновесных значений. Существует нек-рая область нач. условий (соответствующая области захвата), при к-рых частица участвует в процессе ускорения, т. е. приобретает в ср. ту же энергию, что и равновесная. Частицы, не попавшие в область захвата, скользя по всем фазам, в ср. энергии не набирают и выпадают из процесса ускорения.

111992-23.jpg


Т. о., если период ускоряющего электрич. поля и величина управляющего магн. поля меняются во времени так, что энергия es(t)равновесной частицы, определяемая вытекающим из (2) соотношением

111992-24.jpg

непрерывно растёт, то механизм А. обеспечивает ускорение всего ансамбля частиц внутри области захвата, окружающей устойчивую равновесную фазу.

Приведённые рассуждения справедливы при К>0. Случай К<0 соответствует "отрицат. массе" физ. маятника, так что механич. аналогия становится менее наглядной, но из ур-ния (7) вытекает, что при этом устойчивой оказывается отрицат. фаза -js, около к-рой существует аналогичная область захвата.

Величина К зависит от параметров структуры ускорителя и от энергии ускоряемой частицы. В нек-рых циклич. ускорителях, напр. в ускорителях с азиму-тально однородным магн. полем, она сохраняет знак на протяжении всего цикла ускорения. В других - меняет знак при определ. энергии, наз. переходной или критич. энергией. В последнем случае при прохождении критич. значения энергии устойчивая равновесная фаза становится неустойчивой, и наоборот. Для обеспечения дальнейшего ускорения частиц нужно в момент достижения критич. энергии "перенести" все ускоряемые частицы из окрестности прежней равновесной фазы в окрестность новой устойчивой фазы, что технически осуществляется быстрым скачком фазы ускоряющего напряжения.

В линейных ускорителях соотношение (2) заменяется соотношением между временем пролёта Т характерной длины L (расстояния между соседними ускоряющими структурами или длины волны в ускоряющей волноводной структуре) и скоростью частицы V.

111992-25.jpg .

Отсюда видно, что для линейных ускорителей Т всегда уменьшается с ростом энергии, дТ/дe<.0, так что устойчива всегда отрицат. фаза -j0 (см. Протонный линейный ускоритель).

В линейных ускорителях требование фазовой устойчивости, или фазировки (jS<0), приходит в противоречие с условием устойчивости движения в поперечном к орбите направлении, т. е. с условием фокусировки частиц в ускорителе, требующим j>0. В связи с этим был разработан метод знакопеременной фазировки, при к-ром ускоряющие промежутки располагаются так, чтобы в них попеременно происходила то фазировка (а следовательно, расфокусировка), то расфазировка (и следовательно, фокусировка). При надлежащем выборе параметров структуры оказывается возможным одноврем. обеспечение одним и тем же электрич. полем устойчивости движения как в продольном, так и в поперечном направлениях.

А. отсутствует в ускорителях в тех случаях, когда Т не зависит от e. В циклич. ускорителях это имеет место в изохронном циклотроне, а в линейных - при релятивистских скоростях ускоряемых частиц, когда скорость практически не меняется с увеличением энергии.

Литература по автофазировке

  1. Коломенский А. А., Лебедев А. Н., Теория циклических ускорителей, М., 1962;
  2. Вальднер О, А., Власов А. Д., Шальнов А. В., Линейные ускорители, М., 1969;
  3. Лебедев А. Н., Шальнов А. В., Основы физики и техники ускорителей, ч. 1, М., 1981.
к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 16:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:10: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 13:03: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 03:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Проблема ГМО - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.09.2019 - 13:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Негребы - Карим_Хайдаров.
01.09.2019 - 18:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution