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  

Охлаждение пучков заряженных частиц

Охлаждение пучков заряженных частиц - уменьшение фазового объёма, занимаемого частицами пучка в накопителе, за счёт к--л. механизма диссипации. (Согласно Лиувилля теореме, в механич. системе без диссипации фазовый объём сохраняется.) Охлаждение пучка позволяет значительно повысить плотность частиц в фазовом пространстве, т. е. существенно сжать пучок и уменьшить разброс скоростей частиц пучка. Охлаждение позволяет производить длит. накопление частиц путём инжекции всё новых частиц в освобождающиеся при охлаждении участки фазового пространства [1].
Скорость охлаждения частиц при наличии диссипации определяется декрементом15032-29.jpg характеризующим скорость уменьшения элемента15032-30.jpg шсстимерного фазового объёма:

15032-31.jpg

где15032-32.jpg - декременты охлаждения пучка по вертикальной, радиальной и продольной степеням свободы,15032-33.jpg и15032-34.jpg - полная и кинетическая энергии частицы, v - скорость частиц,15032-35.jpg - мощность потерь энергии (15032-36.jpg = - Fv, где F - диссипативная сила торможения).
Устанавливающееся в результате охлаждения значение фазового объёма определяется балансом скорости охлаждения и скорости нагрева из-за разл. сопутствующих процессов, как связанных с самим механизмом охлаждения, так и "посторонних" (рассеяние на атомах остаточного газа в камере, флуктуации полей накопителя и т. д.). Известно несколько методов охлаждения, отличающихся способом получения силы торможения.
Радиационное охлаждение связано с потерями энергии частицами на синхротронное излучение при движении в магн. поле. Мощность синхротропного излучения в релятивистском случае равна [2]

15032-37.jpg

где е, М - заряд и масса частицы,15032-38.jpgВ - магн. индукция. Как видно из выражения (1), в этом случае15032-39.jpg Распределение полного затухания15032-40.jpg между степенями свободы, т. е. значения15032-41.jpg15032-42.jpg зависит от конкретной структуры магн. поля накопителя и др. факторов, определяющих взаимную связь колебаний по разл. координатам. Так, для накопителя с азимутально-симметричным магн. полем, характеризуемым показателем спада п, декременты охлаждения равны

15032-43.jpg

В таком накопителе поперечные колебания затухают во всём диапазоне устойчивости бетатронпых колебаний 0< п <1, а продольные - только при п < 3/4. Для накопителей с жёсткой фокусировкой (|п|15032-44.jpg1) и постоянным вдоль орбиты магн. полем радиальные колебания раскачиваются, т. е.15032-45.jpg < 0. Простейшей структурой, совмещающей высокую жёсткость фокусировки и охлаждение по всем степеням свободы, является т. п. система с разделёнными функциями: на поворотных участках поле однородно, а фокусировка и дефокусировка осуществляются квадрупольными линзами. В этом случае оба поперечных направления почти эквивалентны15032-46.jpg а15032-47.jpg - средняя по орбите мощность потерь).
Установившееся значение температуры пучка определяется раскачкой продольных и радиальных колебаний из-за квантового характера излучения. Характерная энергия излучаемых фотонов равна15032-48.jpg (15032-49.jpg - частота обращения частицы). За время затухания15032-50.jpg излучается15032-51.jpg статистически независимых фотонов, поэтому разброс энергий в пучке будет составлять15032-52.jpg При излучении фотонов возбуждаются также радиальные бетатронные колебания (т. к. при этом меняется импульс частицы, а следовательно, и положение равновесной орбиты). Вертикальные колебания раскачиваются слабее, т. к. фотоны испускаются под малым углом ~ 1/15032-53.jpg к направлению движения (они определяются в основном связью радиального и вертикального движения).
Механизм радиац. охлаждения эффективно действует в накопителях электронов и позитронов (где он успешно используется). Для тяжёлых частиц мощность синхротроннго излучения слишком мала при технически достижимых энергиях и магн. полях, и приходится прибегать к др. механизмам охлаждения.
Электронное охлаждение пучков тяжёлых частиц, предложенное Г. И. Будкером в 1966 и реализованное в 1974 - 75 [3J, основано на взаимодействии охлаждаемого пучка с электронным пучком. Для этого в одном из прямолинейных промежутков накопителя сквозь циркулирующий пучок тяжёлых частиц пропускается электронный пучок с той же ср. скоростью и малым разбросом скоростей. Благодаря кулоновскому взаимодействию между "холодными" электронами и "горячими" тяжёлыми частицами происходит интенсивный теплообмен, в результате к-рого пучок тяжёлых частиц охлаждается. Декременты охлаждения в поперечном направлении равны:

15032-54.jpg

Здесь15032-55.jpg - средняя по орбите плотность электронов,15032-56.jpg - угл. разбросы тяжёлых частиц и электронов, М, т - их массы,15032-57.jpg - т. н. кулоновский логарифм (15032-58.jpg и15032-59.jpg - макс. и мин. прицельные параметры столкновений). Установившееся значение15032-60.jpg определяется равенством температур электронов и тяжёлых частиц:

15032-61.jpg

Из-за большой разности масс т и М угл. разброс в пучке тяжёлых частиц оказывается значительно меньше, чей в охлаждающем электронном пучке.
Применяемое для обеспечения транспортировки пучка продольное магн. поле ещё более усиливает охлаждающее действие электронного пучка: поперечное тепловое движение электронов как бы "вымораживается" (тяжёлые частицы, пролетающие достаточно далеко от электрона, не ощущают его быстрого обращения в магн. поле по ларморовской окружности), а темп-pa продольного движения электронов часто бывает много меньше поперечной.
Эксперименты с электронным охлаждением [3] позволили охладить протонный пучок с энергией 65 МэВ до Т ~ 1 К за времена15032-62.jpg ~ 50 мс.
Ионизационное охлаждение основано на использовании диссипативного характера сил торможения при ионизации вещества. Помещая на пути пучка ряд тонких мишеней и обеспечив надлежащую связь между разл. степенями свободы, можно обеспечить затухание по всем степеням свободы. Установившиеся значения разброса скоростей обусловлены рассеяниемна ядрах вещества и флуктуациями ионизац. потерь. Для протонов и антипротонов применение метода существенно ограничивается из-за их сильного взаимодействия с яд-рами вещества. Практич. реализации метод пока не получил. Можно ожидать, что он окажется эффективным для мюонных пучков.
Стохастическое охлаждение, предложенное ван дер Мером (1972), основано на введении затухания с помощью систем обратной связи. Измерит. электроды определяют отклонение частицы по к--л. направлению, сигнал, пропорц. этому отклонению, усиливается и через систему обратной связи воздействует на частицу, вызывая затухание колебаний по соответствующему направлению. Напр., для уменьшения разброса по импульсам15032-63.jpg измеряется радиальное отклонение частиц, к-рсе пропорц.15032-64.jpg Сигнал измерит. электрода после усиления подаётся на ускоряющий зазор в момент прихода частицы, ускоряя или затормаживая её. Колебания отд. частииы (если бы она была одна) можно было бы подавить за время порядка одного оборота. Влияние соседних частиц, воздействующих на тот же электрод, увеличивает время затухания. В пределе бесконечно большего числа частиц затухания вообще нет. Для конечного, хотя и большого, числа частиц затухание имеет место, но оно невелико: его декремент ограничен неравенством15032-65.jpg

где15032-66.jpg и15032-67.jpg - частота обращения частиц и её разброс, f - ширина полосы пропускания системы обратной связи. N - число частиц в циркулирующем пучке. Мин. достижимая темп-pa пучка ограничена тепловыми шумами усилителя, к-рые "нагревают" пучок. Для преодоления этого ограничения можно применить большое число независимо работающих систем обратной связи. Экспериментально достигнутое время охлаждения зависело от параметров пучка и системы обратной связи и составляло от неск. секунд до иеск. часов. Метод стохастич. охлаждения особенно эффективен при малом числе частиц и больших разбросах их скоростей. Он успешно применён в ЦЕРНе в накопителе антипротонов.

Литература по охлаждению пучков заряженных частиц

  1. Будкер Г. И., Скринский А. Н., Электронное охлаждение и новые возможности в физике элементарных частиц, "УФН", 1978, т. 124, с. 561;
  2. Коломенский А. Л., Лебедев А. Н., Теория циклических ускорителей, М., 1962;
  3. Скринский А. Н., Пархомчук В. В., Методы охлаждения пучков заряженных частиц, "ЭЧАЯ", 1981, т. 12, № 3, с. 557.

В. В. Пархомчук

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

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 26.05.2020 - 11:33: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
26.05.2020 - 11:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.05.2020 - 11:28: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
26.05.2020 - 11:22: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Галины Царёвой - Карим_Хайдаров.
26.05.2020 - 08:43: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
25.05.2020 - 19:41: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
25.05.2020 - 18:29: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
25.05.2020 - 18:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
25.05.2020 - 17:05: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
25.05.2020 - 04:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.
24.05.2020 - 13:09: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
23.05.2020 - 13:18: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution