- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
- •История прогресса ядерной физики и физики элементарных частиц - это в значительной
- •Параметры счетчиков
- •Вследовых регистраторах частица оставляет след (трек), который можно сфотографировать, поэто-
- •Важнейшие характеристики трековых регистраторов
- •Схема газонаполненного детектора
- •Зависимость величины импульса тока от
- •Ионизационная камера - старейший прибор для ре-
- •Импульсная ионизационная камера может
- •Схема счетчика Гейгера-Мюллера
- •Рабочая область счетчика Гейгера-Мюллера
- •Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики
- •Вид установки Резерфорда
- •Сцинтилляционные (люминесцентные) счетчики
- •Схема сцинтилляционного счетчика
- •Полупроводниковые счетчики
- •Излучение Вавилова-Черенкова
- •Теория излучения Вавилова-Черенкова
- •Черенковские счетчики
- •Камера Вильсона
- •Пузырьковая камера
- •Искровая камера.
- •Искровая камера
- •Ускорители заряженных частиц
- •Принцип действия циклотрона
- •Схема циклотрона
- •Траектория иона в циклотроне
- •Схема циклотрона
- •Электромагнит циклотрона (схематически)
- •Ускоритель тяжелых ионов У-400 (Дубна)
- •Ускорение частиц до больших энергий
- •Фазотрон
- •Фазотрон на 680 Мэв (Дубна)
- •Синхротрон
- •Линейный ускоритель
- •Схема линейного ускорителя
- •Т.к. в линейном ускорителе частицы двигаются по
- •Линейный ускоритель протонов ИЯИ РАН.
- •Линейный ускоритель протонов ИЯИ РАН. Основная (100-600 Мэв) часть ускорителя.
- •Синхрофазотрон
- •Синхрофазотрон на 76 Гэв
- •Блоки электромагнита серпуховского
- •Общий вид Серпуховского ускорителя
- •План расположения национальной ускорительной лаборатории в Батавии (штат Иллинойс)
- •Ускорители на встречных пучках
- •Долю "полезной" энергии в нерелятивистском при- ближении мы вычисляли в разделе "ядерные реак-
- •Энергии частиц, получаемые в современных ускори- телях, во много раз больше масс покоя
- •Например, для Серпуховского ускорителя:
- •Современные ускорители - коллайдеры
- •Большой адронный коллайдер LHC
- •Большой адронный коллайдер LHC
- •Большой адронный коллайдер LHC
- •Электрон-позитронные коллайдеры
- •Электрон-позитронный коллайдер KEK (Япония)
Синхрофазотрон на 76 Гэв
(под Серпуховым)
Подземный кольцевой зал в районе ввода протонного пучка из линейного ускорителя
Блоки электромагнита серпуховского
синхрофазотрона
Общий вид Серпуховского ускорителя
План расположения национальной ускорительной лаборатории в Батавии (штат Иллинойс)
Ускорители на встречных пучках
(коллайдеры)
Пучки частиц из ускорителей используются для бом-
бардировки мишени с целью изучения ядерных ре- акций, свойств элементарных частиц, образования
новых частиц, и т.п. Эти процессы определяются
энергией взаимодействия частиц с ядрами мише- ни. "Полезной" с этой точки зрения является та
часть энергии налетающей частицы, которая пере-
ходит во внутреннюю энергию образовавшейся системы (идет на расщепление ядра, на рождение новых частиц и т.д.). Однако при столкновении движущейся частицы с неподвижной мишенью
часть энергии всегда переходит в кинетическую
энергию продуктов, т.е. расходуется "бесполезно".
Долю "полезной" энергии в нерелятивистском при- ближении мы вычисляли в разделе "ядерные реак-
ции" (энергия и порог реакции):
T Q |
ma M A |
|
Q |
|
1 |
ma |
|
(42.3) |
|
|
|
|
|
|
|||||
a |
|
M A |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
M A |
|
Отношение абсолютной величины энергии реакции Q к пороговой энергии налетающей частицы Ta мо- жно назвать "коэффициентом полезного дейст-вия"
("кпд"): |
Q |
1 |
|
|
|
Ta |
|
|
(53.6) |
|
1 ma / M A |
Из формулы (53.6) видим, что чем больше отноше- ние масс налетающей частицы и частицы-мишени ma/MA, тем меньше кпд. В случае равенства масс кпд α = 50%, а если ma>MA, то α еще меньше.
Энергии частиц, получаемые в современных ускори- телях, во много раз больше масс покоя этих час- тиц, поэтому для определения "полезной" энергии расчеты необходимо производить с помощью ре- лятивистских формул. При этом качественно ре- зультат остается прежним: чем больше релятивис- тская масса налетающей частицы по сравнению с массой частицы-мишени, тем меньше кпд. Но фор- мула для кпд, конечно, отличается от (53.6). Для случая, когда массы покоя налетающей частицы и частицы-мишени равны m0 (например, протоны из ускорителя налетают на покоящиеся протоны),
формула имеет вид: |
Q |
|
|
1 Ta / 2m0c2 1 |
|
||
|
|
|
(53.7) |
||||
T |
|
T / 2m c2 |
|
||||
|
|
|
|
||||
|
a |
|
|
a |
0 |
|
|
Например, для Серпуховского ускорителя:
Ta = 76 |
ГэВ |
→ α = 14%, |
для ускорителя на Ta = 500 ГэВ → α = 6%, |
||
для ускорителя на Ta = 10 |
ТэВ |
→ α = 1.4%. |
Отсюда понятно, что строить ускорители большой мощности, работающие по традиционной схеме, бессмысленно.
Выход заключается в использовании встречных пуч- ков. В этом случае при одинаковых массах сталки- вающихся частиц их центр инерции остается непо- движным, α = 100%, и энергия ускорителя исполь- зуется полностью. Поэтому все современные уско- рители большой мощности - это коллайдеры. Са- мый известный из них - Большой адронный кол- лайдер (БАК, или LHC).