Зарядталған бөлшектердің үдеткіші циклотрон

Зарядталған бөлшектердің біртекті магнит өрісінде айналу периодының оның жылдамдығына тәуелсіздігі циклотрон деп аталатын зарядталған бөлшектердің үдеткішінің негізі болды.Бұл прибор аласа жарты дөңгелек қорап түрінде жасалынған екі электродтан тұрады. Мұндай электротар дуанттар дген атқа ие. Болған. Ауасы сорып алынған дуанттар үлкен электромагнитік полюстерінің аралығында орналастырылады. Электромагнит туғызатын өріс біртекті, әрі дуанттар жазықтығына перпендикуляр. Дуанттарға жоғары жиілікті генеротор полюстарынан алынатын айнымалы кернеу беріледі.

Кернеу ең үлкен шамасына жеткен мезетте дуанттар арасындағы саңылауға оң зарядтарлған бқлшек енгізейік. Сонда бөлшект іэлектр өрісі ілестіре отырып теріс электродтың ішіне қарай тартып әкетеді. Дуанттың ішіндегі кеңістік эквипотенциал кеңістік болады, демек, ондағы бқлшек тек магнит өрісінің әсерінде ғана болаы.Бұл жағдайда зарядталған бөлшек радиусы бөлшек жылдамдығына пропорционал болатын шеңбербойымен қозғалады.Дуанттар арасындағы кернеудің өзгеру жиілігін былай таңдап алуға болады: бөлшек шеңбердің жартысын өтіп, дуанттар арасындағы саңылауға келген кезде олардың арасындағы потенциалдар айырмасы таңбасын өзгертіп, амплитудалық мәніне жететіндей мезетті таңдап аламыз.Сонда бөлшек тағы да үдетіледі де, екінші дуантқа оның бірінші уантта қозғалғандағысынан гөрң екі есе көп энергиямен ұшып кіреді.Үлкен жылдамдыққа ие болған бқлшек екінші дуантта радиусы үлкенірек шеңбер бойымен қозғалатын болады,бірақ бөлшектің шеңбер жартысынан өтетін уақыты бұрынғыдай болып қалаы.Сондықтан дуанттар арасындағы саңылауға бөлшек ұшып енген мезетте олардың арасындағы кернеу тағы да тақбасын өзгертеді де, ең үлкен шамасына жетеді.Сөйтіп, егер кернеудің өзгеру жиілігін бөлшектің: T=2 формуласымен анықталатын айналу периодына теңгерсек, онда бөлшек спиральға жақын келетін қисық бойымен қозғалады да,дуанттар арасындағы саңылау арқылы өткен сайын eU (e бөлшек заряды, U генератор өндіретін кернеу) мәніне тең қосымша энергия үлесін алады. Шамасы аз айнымалы кернеу көзіне сүйене отырып циклотрон көмегімен протонды 25Мэв ретті энергияға дейін үдетуге болады.Өте жоғарғы энергия кезінде протон массасының жылдамдыққа тәуелділігі байқала бастайды, бөлшектің айналу периоды артады.Формула бойынша ол m массасына пропорционал және бөлшектің қозғалысы мен үдеткіш өрістің өзгеру арасындағы синхронизм бұзылады.

Синхронизмнің бұзылуынан құтылу үшін әрі бөлшек үлкен энергия алу үшін, не дуанттар қоректенетін кернеу жиілігін не магнит өрісінің индукциясын өзгертетін ету керек.Бөлшектің әрбәр порциясын үдету процесіне соған сәйкес келетін үдеткіш кернеудің жиілігін кемітетін прибор фазотрон деп аталады. Үдеткіш кернеу жилігі өзгермейтін, ал магнит өрісінің индукциясы m/B өатынасы тұрақты қалатындай болып өзгеретін үдеткішті синхротрон деп атайды.

Синхрофазотрон деп аталатын үдеткіште үдеткіш керенудің жиілігі де және магнит өрісі де өзгереді. Үдетілетін бөлшектер синхрофазотронда спираль бойымен емес, радиусы тұрақты болатын дөңгелек бойымен қозғалады. Бқлшектің жылдамдығы мен массасы артқан сайын магнит өрісінің индукциясы да, R= формуласымен анықталатын радиус барлық уақытта да тұрақты болатындай артады. Бұл жағдайда айналу периоды бөлшек массасының артуынан да, сондай ақ В ның көбею салдарынан да өзгереі.Үдетуші кернеу бөлшек қозғалысымен синхроны болу үшін осы кернеудің диілігі өзіне сай келетін заң бойынша өзгеруі керек.Синхрофазотронда дуанттар болмайды, сондықтан бқлшек траекториясының жеке учаскелерінде, жиілігі өзгеріп отыратын кернеу генераторынан туатын, электр өрісінің көмегімен үдетіледі.