Бетатрон - це

Вперше бетатрон був розроблений і створений Відерое в 1928 році, проте він не заробив. Перший надійно функціонує бетатрон був створений Д.В. Керстен лише в 1940 -1941 рр. в США. університет Іллінойсу. Саме в бетатроні вперше були детально вивчені квазіперіодичні коливання, які здійснює частка, так звані Бетатрон коливання. Максимальна енергія, яку вдалося досягти в бетатроні, не перевищує 300 МеВ. З розвитком технології лінійного прискорення Бетатрон, які раніше часто застосовували для первинного прискорення інтенсивного електронного пучка, були сильно потіснили Лінака (лінійними прискорювачами, від англ. Linear accelerator), і в даний час використовуються рідко.

Принцип роботи

У бетатроні використовується змінне магнітне поле, яке виконує 3 функції: створює прискорює вихровий електричне поле, направляє пучок по потрібній траєкторії і забезпечує слабку фокусування. Класичний бетатрон є слабофокусірующей машиною. Пучок циркулює в тороидальной вакуумній камері, виготовленої з кераміки, вкритої зсередини тонкою проводить плівкою, щоб уникнути накопичення електричного заряду. З виразу для сили Лоренца можна отримати зв'язок між імпульсом частинки p. магнітним полем B на орбіті пучка і радіусом кривизни ρ:, де с - швидкість світла, e - заряд електрона. Величину Bρ називають жорсткістю частинок. При зміні магнітного поля можемо записати, використовуючи рівняння Максвелла для зв'язку електричного і магнітного полів, вираз для електромагнітної індукції і закон Ньютона:, звідки випливає зв'язок між ведучим полем на орбіті пучка і потоком, що охоплюються орбітою:, т.зв. «Закон 2: 1». Потік, що пронизує орбіту пучка, повинен бути вдвічі більше, ніж якби він створювався однорідним магнітним полем, рівним за величиною ведучому. В іншому випадку, орбіта в процесі прискорення не залишалося б постійною. Для виконання згаданої вимоги в бетатроні створюється спеціальний залізний сердечник.

обмеження

Оскільки створюване сердечником поле обмежено по величині через насичення заліза, єдиний спосіб підвищувати енергію - збільшувати розмір Бетатрон і, відповідно, його масу. Так, 300-мевний бетатрон в Іллінойсі важив більше 300 тонн. Інша серйозне обмеження пов'язане з втратами енергії частинок на синхротронне випромінювання. які стають відчутними вже починаючи з енергії

100 МеВ. В принципі, в бетатроні можна прискорювати і протони, так придбана енергія буде дорівнює добутку пройденої різниці потенціалів на заряд, але через велику маси протона його швидкість буде в сотні разів менше. Так як приріст енергії частки в бетатроні залежить тільки від кількості оборотів (одиниці кеВ на період), для розгону протона буде потрібно дуже великий час. Крім того, для утримання протонів на рівноважної орбіті (βW = 300B (r, t) R. Де W [МеВ], B [Тл], R [м]) потрібні більш сильні магнітні поля. Тому бетатрон застосовується для прискорення електронів.