Бетатрон

редактировать

Ранний бетатрон в Университете Иллинойса. Керст справа осматривает вакуумную камеру между полюсами 4-тонного магнита.

Немецкий бетатрон на 6 МэВ (1942 г.)

Бетатрон на 35 МэВ, используемый для фотоядерной физики в Мельбурнском университете.

A бетатрон - это разновидность циклического ускорителя частиц. По сути, это трансформатор с вакуумной трубкой в форме тора в качестве вторичной обмотки. Переменный ток в первичных обмотках ускоряет электроны в вакууме по круговой траектории. Бетатрон был первой машиной, способной генерировать электронные пучки с энергиями выше, чем можно было бы достичь с помощью простой электронной пушки.

. Бетатрон был разработан в 1935 году Максом Стенбеком в Германии для ускорения электронов. но в конечном итоге эти концепции исходят от Рольфа Видеро, чья разработка индукционного ускорителя не удалась из-за отсутствия поперечной фокусировки. Последующая разработка произошла в США благодаря Дональду Керсту в 1940-х годах.

Содержание

1 Принцип работы
2 Этимология
3 Приложения
4 Ограничения
5 Ссылки
6 Внешние ссылки

Принцип работы

В бетатроне изменяющееся магнитное поле первичной катушки ускоряет электроны, инжектируемые в вакуумный тор, заставляя их вращаться вокруг тора так же, как ток индуцируется во вторичной обмотке трансформатора (закон Фарадея ).

Стабильная орбита электронов удовлетворяет условию

θ 0 = 2 π r 0 2 H 0, {\ displaystyle \ theta _ {0} = 2 \ pi r_ {0} ^ {2} H_ { 0},}

\ theta _ {0} = 2 \ pi r_ {0} ^ {2} H_ {0},

где

θ 0 {\ displaystyle \ theta _ {0}}

\ theta _ {0}

- поток внутри области, заключенной на орбите электрона,

r 0 {\ displaystyle r_ {0}}

r_ {0}

- радиус орбиты электрона, а

H 0 {\ displaystyle H_ {0}}

H_ {0}

- магнитное поле в

r 0 {\ displaystyle r_ {0}}

r_ {0}

Другими словами, магнитное поле на орбите должно составлять половину среднего магнитного поля по ее круглому поперечному сечению:

⇔ H 0 = 1 2 θ 0 π r 0 2. {\ displaystyle \ Leftrightarrow H_ {0} = {\ frac {1} {2}} {\ frac {\ theta _ {0}} {\ pi r_ {0} ^ {2}}}.}

\ Leftrightarrow H_ {0} = {\ frac {1} { 2}} {\ frac {\ theta _ {0}} {\ pi r_ {0} ^ {2}}}.

Это состояние часто называют состоянием Видеро.

Этимология

Название «бетатрон» (отсылка к бета-частице, быстром электрону) было выбрано во время ведомственного конкурса. Другими предложениями были «реотрон», «индукционный ускоритель», «индукционный ускоритель электронов» и даже «Außerordentlichehochgeschwindigkeitselektronenentwickelndesschwerarbeitsbeigollitron», предложение немецкого сотрудника, для «тяжелой работы на чудо-машине для генерации чрезвычайно высокоскоростных электронов» или генератор быстрых электронов, высокая энергия от golly-tron ".

Приложения

Бетатроны исторически использовались в экспериментах по физике элементарных частиц для получения пучков электронов высокой энергии - вплоть до около 300 МэВ. Если электронный луч направлен на металлическую пластину, бетатрон можно использовать в качестве источника энергетических рентгеновских лучей, которые могут использоваться в промышленных и медицинских целях (исторически в радиационной онкологии ). Уменьшенная версия бетатрона также использовалась в качестве источника жесткого рентгеновского излучения (за счет замедления электронного пучка в мишени) для быстрого инициирования некоторых экспериментальных ядерных боеприпасов посредством фотонно-индуцированного деления. и фотонно-нейтронные реакции в активной зоне бомбы.

Радиационный центр, первый частный медицинский центр, который лечил онкологических больных с помощью бетатрона, был открыт доктором О. Артур Стиеннон в пригороде Мэдисона, штат Висконсин в конце 1950-х.

Ограничения

Максимальная энергия, которую может передать бетатрон, ограничена силой магнитное поле из-за насыщения железом и практических размеров сердечника магнита. Следующее поколение ускорителей, синхротронов, преодолело эти ограничения.

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Бетатронами.

Бетатронами в UIUC