Фазотрон. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Фазотрон - резонансный циклич. ускоритель тяжёлых частиц (протонов, ионов), работающий при постоянном во времени азимутально однородном (или почти однородном) магн. поле и периодически изменяющемся по частоте высокочастотном ускоряющем напряжении.

Ф. применяют для ускорения частиц до энергий порядка 0,6 - 1 ГэВ. При более высоких энергиях их применение оказывается экономически неоправданным (см. ниже); с 80-х гг. Ф. начали уступать место изохронным циклотронам.

Схема устройства Ф. изображена на рис. 1 к ст. Циклотрон (а - вертикальный разрез Ф.; б-горизонтальный). Укоряемые частицы движутся в откаченной до высокого вакуума камере, расположенной в вертикальном магн. поле, к-рое создаётся между полюсами 2 электромагнита с помощью катушек 3, питаемых пост. током. В камере расположены высоковольтные полые электроды (дуанты), между к-рыми создаётся ВЧ электрич. поле. Частицы ускоряются этим полем, переходя из дуанта в дуант. Электрич. поле между дуантами должно иметь в этот момент нужное направление и достаточную величину. Ускоряющая система Ф. может иметь не два, а один дуант, роль второго дуанта в этом случае играет вакуумная камера. Движение частиц в азимутально однородном поле описывается ур-ниями

Ф-лы (1) и (2) приведены в физ. системе единиц; w - частота обращения частиц в вакуумной камере Ф., Ze-заряд ускоряемых частиц, В-индукция магн. поля, с - скорость света, р-импульс частиц,-их полная (включающая энергию покоя) энергия, r-радиус кривизны траектории.

При движении без ускорения частицы описывают в камере круговые траектории, радиус к-рых определяется из (2). При движении с ускорением радиус окружности с увеличением импульса частиц растёт, так что траектории приобретают вид раскручивающихся спиралей. Частота обращения частиц с увеличением

падает, соответственно должна уменьшаться частота ускоряющего напряжения. (Вторая причина уменьшения частоты заключается в том, что устойчивое вертикальное движение частиц при ускорении возможно только в магн. поле, индукция к-рого уменьшается с радиусом.) Рабочий режим Ф. носит поэтому циклич. характер: частота ускоряющего напряжения на рабочей части цикла падает в соответствии с энергией частиц, а затем возвращается к своему нач. значению. После этого начинается следующий цикл ускорения.

Практический предел на энергию, достижимую при помощи Ф., накладывает вес магн. системы и энергопотребление ускорителя. Для ускорения частиц до самых больших энергий применяют ускорители, в к-рых магн. поле создаётся не по всей площади круга, а на узкой кольцевой дорожке, в пределах к-рой происходит движение ускоряемых частиц. Как ясно из (2), при растущем импульсе частиц и пост. радиусе траектории в течение ускорит. цикла должна изменяться индукция магн. поля. Такие ускорители называют с и н х р о ф а з о т р о н а м и или синхротронами протонным.

Как уже говорилось, Ф. уступают место изохронным циклотронам, в к-рых частота ускоряющего поля постоянна, а с энергией частиц (с радиусом) возрастает усреднённое по азимуту значение магн. индукции. При таком законе изменения В возникает неустойчивость вертикального движения, с к-рой удаётся справиться ценой отказа от азимутальной симметрии магн. поля.

Рис. Внешний вид протонного фазотрона Объединённого института ядерных исследований.

Приведём в качестве примера параметры Ф., введённого в действие в 1984 в Объединённом ин-те ядерных исследований в Дубне (рис.). Протоны ускоряются до энергии 600 МэВ; вес магнита 7000 т, диаметр магн. полюсов 6 м. Потребляемая мощность: 700 кВт для питания магнита, 200 кВт для питания высокочастотной системы. Частота циклов ускорения 250 Гц; усреднённый по времени ток внутреннего пучка ~6 мкА, тон выведенного пучка ~3,5 мкА. Во время реконструкции Ф. в структуру магн. поля были введены спиралевидные неоднородности, к-рые позволяют уменьшить диапазон изменения частоты ускоряющего напряжения.

Литература по фазотронам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.