Luasairí líneacha na cáithníní mhuirear. Mar luasairí cáithníní oibre. Cén fáth luasairí cáithníní?

An luasaire na gcáithníní a ghearrtar - gléas wherein léas adamhacha nó subatomic mhuirear leictreachas ag taisteal ar beagnach an luas. Is é an bunús a chuid oibre is gá a mhéadú a n- fuinneamh ag réimse leictreach agus athrú ar an trajectory - maighnéadach.

Cad iad luasairí cáithníní?

Na feistí a úsáidtear go forleathan i réimsí éagsúla na heolaíochta agus tionscail. Go dtí seo, ar fud an domhain tá níos mó ná 30 míle. I gcás ar airíonna fisiciúla luasairí cáithníní mhuirear a úsáid mar uirlis taighde bunúsach ar an struchtúr na n-adamh, an nádúr na fórsaí núicléacha agus airíonna núicléach, ná a tharlaíonn go nádúrtha. An dara ceann I measc trasúráineacha agus eilimintí unstable eile.

Le go bhfuil an fheadáin scaoilte mar is féidir a chinneadh an muirear sonrach. luasairí cáithníní Gearrtha a úsáid freisin le haghaidh táirgeadh rada-iseatóipí, i radagrafaíocht thionsclaíoch, radaiteiripe, don steiriliú faoi na n-ábhar bitheolaíochta, agus in anailís radacarbóin. Na haonaid is mó a úsáidtear sa staidéar na n-idirghníomhaíochtaí bunúsacha.

Is é an saolré na cáithníní mhuirear ag an chuid eile i ndáil leis an luasaire níos lú ná sin de cáithníní luathaithe do luasanna in aice leis an luas an tsolais. Dearbhaíonn sé seo an méid réasúnta beag de stáisiúin ama. Mar shampla, ag CERN bainte amach méadú ar an saolré an luas 0,9994c muon 29 uair.

Féachann an t-airteagal ar cad atá ag taobh istigh agus oibre luasaire cáithníní, a fhorbairt, cineálacha éagsúla agus gnéithe éagsúla.

prionsabail luasghéarú

Beag beann ar cén cineál luasairí cáithníní mhuirear a fhios agat, tá siad ar fad gnéithe comónta. Gcéad dul síos, ní mór dóibh a bheith foinse leictreon i gcás fheadáin teilifíse pictiúr nó leictreon, prótón agus a antiparticles i gcás suiteálacha níos mó. Ina theannta sin, ní mór dóibh go léir réimsí leictreacha chun cáithníní agus réimsí maighnéadacha dlús a rialú a gcuid trajectory. Ina theannta sin, an bhfolús sa luasaire cáithníní mhuirearú (10 ^-11 mm Hg. V.), M. E. Tá méid íosta aer iarmharach, is gá chun a chinntiú go bíomaí feadh i bhfad saol. Mar fhocal scoir, ní mór do gach na suiteálacha bhfuil acmhainn clárúcháin, an comhaireamh agus tomhas na cáithníní luathaithe.

ghiniúint

Leictreoin agus prótóin, a is coitianta a úsáidtear i luasairí, le fáil i ngach na n-ábhar, ach an chéad ní mór dóibh a roghnú uathu. Leictreoin a ghintear de ghnáth ar an mbealach céanna mar atá i an feadán pictiúr - i gléas ar a dtugtar a "gunna". Is chatóid (leictreoid diúltach) i bhfolús, atá téite go stát ina tús leictreoin le teacht as na hadaimh. cáithníní luchtaithe go diúltach á mealladh chun an anóid (leictreoid dearfach) agus pas a fháil tríd an asraon. Is é an gunna féin is simplí mar an luasaire mar gheall ar na leictreoin ag gluaiseacht faoi thionchar réimse leictreach. An voltas idir an gcatóid agus anóid, de ghnáth sa raon 50-150 kV.

Amach ó leictreoin i ngach ábhar atá prótóin, ach amháin núicléas prótón amháin comhdhéanta de adaimh hidrigine. Dá bhrí sin, is é an fhoinse na gcáithníní do luasairí prótón as gás hidrigine. Sa chás seo, tá an gás ianaithe agus na prótóin atá lonnaithe trí poll. I luasairí móra prótóin atá déanta go minic i bhfoirm na n-ian hidrigine diúltach. Is ionann iad agus leictreon breise ó adaimh a bhfuil an táirge ar ionization gáis diatomic. Ós rud é na hiain hidrigine diúltach i gcéimeanna tosaigh na hoibre níos éasca. Ansin iad ag dul trí scragall tanaí, a cheileann siad leictreon roimh an chéim deiridh de luasghéarú.

luasghéarú

Mar luasairí cáithníní oibre? Is príomhghné de gach ceann acu ar an réimse leictrigh. An sampla is simplí - an réimse statach aonfhoirmeach idir na potentials leictreach dearfach agus diúltach, cosúil leis an gceann atá ann idir na críochfoirt an ceallraí leictreacha. Tá an réimse leictreon ag iompar lucht diúltach lé fórsa a stiúrann sé le cumas dearfach. Accelerates sé é, agus má tá aon rud a bheadh a seasamh ar an mbealach, a luas agus cumhacht a mhéadú. Leictreoin ag gluaiseacht i dtreo an poitéinseal dearfach ar an sreang nó san aer, agus collide leis na hadaimh chailleann fuinneamh, ach má tá siad lonnaithe i vacuo, luathaithe ansin agus iad ag druidim leis an anóid.

Teannas idir an tús agus deireadh seasamh na sainmhíníonn leictreoin cheannaigh siad fuinneamh. Nuair atáthar ag bogadh trí dhifríocht poitéinsil de 1 V is comhionann le 1 leictreon-bholta (eV). Tá sé seo cothrom le 1,6 × 10 ^-19 giúl. An fuinneamh de mosquito ag eitilt trilliún uaire níos mó. I leictreoin kinescope atá luathaithe voltas níos mó ná 10 kV. Go leor luasairí bhaint amach fuinnimh i bhfad níos airde thomhas mega, Gigeavata agus tera-leictreon-volta.

speicis

Tá cuid de na cineálacha is luaithe de luasairí cáithníní, cosúil leis an t-iolraitheoir voltas agus an gineadóir Van de Graaff gineadóir, ag baint úsáide as réimse leictreach tairiseach ginte ag an potentials de suas le milliún volta. Le voltais arda den sórt sin ag obair go héasca. Tá rogha níos praiticiúla an gníomh arís agus arís eile na réimsí leictreacha lag a tháirgtear potentials íseal. Tá an prionsabal a úsáidtear sa dá chineál luasairí nua-aimseartha - líneach agus timthriallach (den chuid is mó cioclatróin agus synchrotrons). luasairí cáithníní líneach, i mbeagán focal, a rith siad aon uair amháin trí-ord na réimsí luathú, agus na hamanna cyclically leor bhogann siad i cosán ciorclach tríd an réimse leictrigh réasúnta beag. Sa dá chás, braitheann an fuinnimh deiridh de na cáithníní ar an réimse iomlán gníomhaíochta, ionas go mbeidh go leor beag "bumps" a shuimiú chun an éifeacht chomhcheangailte na mór amháin.

An struchtúr athchleachtach de luasaire líneach a ghiniúint réimsí leictreacha i bhfuil ar bhealach nádúrtha a bhaint as an AC, ní DC. Na cáithníní atá luchtaithe go dearfa á luasghéarú chun cumas diúltach agus a fháil spreagadh nua, má éiríonn dearfach. Go praiticiúil, ní mór an voltas a athrú go han-tapa. Mar shampla, ag fuinneamh de 1 mbogann MeV prótón ag luas an-ard is é an luas an tsolais de 0.46, a rith 1.4 m de 0.01 ms. Ciallaíonn sé seo go bhfuil i struchtúr athrá de cúpla méadar ar fhad, ní mór na réimsí leictreacha a athrú treo ar mhinicíocht ar a laghad 100 MHz. Líneach agus luasairí cáithníní timthriallach scaipeadh de ghnáth iad leis an minicíocht réimse leictrigh alternating ó 100 MHz go 3000, t. E. I réimse na tonnta raidió do micreathonnta.

Is é an tonn leictreamaighnéadach meascán de réimsí leictreacha agus maighnéadacha ascalach oscillating dronuilleach lena chéile. Is é an príomhphointe a choigeartú an tonn luasaire ionas go mbeidh ar an teacht ar na cáithníní go bhfuil an réimse leictrigh a ordófar de réir an veicteoir luasghéarú. Is féidir é seo a dhéanamh trí úsáid a bhaint tonnfhuinneamh seasamh - an teaglaim de thonnta ag taisteal i gcoinne i spás iata, na dtonnta fuaime sa orgán píopa. An embodiment eile do leictreoin a treoluasanna druidim an luas an tsolais, tonnfhuinneamh taisteal ag gluaiseacht go mear.

autophasing

Tá éifeacht thábhachtach den luasghéarú i réimse leictreach alternating a "cobhsaíocht céim". I Gabhann ceann réimse an ascalaithe timthriall alternating trí náid as an luach is fearr ar ais go dtí náid, laghduithe sé don mhéid íosta agus arduithe go nialas. Dá bhrí sin, a théann sí faoi dhó tríd an luach is gá chun luasghéarú. Má thagann na gcáithníní a ghlacadh a bhfuil a méaduithe treoluas, ró-luath, ní bheidh sé ag obair ar réimse láidir go leor, agus beidh an t-bhrú a bheith lag. Nuair a sroicheann sé an limistéar seo chugainn, an tástáil nach maireann agus tionchar níos mó. Mar a tharlaíonn thoradh air sin, féin-pasáil, beidh na cáithníní a bheith i chéim le gach réimse sa réigiún a luathú. Is éifeacht eile an á ngrúpáil in am chun foirm a clot in ionad sruth leanúnach.

An treo an bhíoma

Ról tábhachtach ag conas a oibríonn agus luasaire cáithníní, spraoi agus réimsí maighnéadacha, is féidir leo a athrú ar an treo a n-ghluaiseacht. Ciallaíonn sé seo gur féidir iad a úsáid le haghaidh "lúbthachta" an bhíoma i cosán ciorclach, mar sin siad a rith arís agus arís eile tríd an alt céanna dlús. I cás is simplí, ar cháithnín mhuirearú ag gluaiseacht ag dronuillinn leis an treo an réimse maighnéadach aonchineálach, ina gné fórsa ingearach dá cheann de a ghluaiseacht, agus don réimse. Cúiseanna seo an bhíoma bogadh i cosán ciorclán ingearach leis an réimse, go dtí go dtiocfaidh sé amach ar a réimse gníomhaíochta nó fórsa eile a dtosaíonn a bheith ag gníomhú ar sé. Tá sé seo i bhfeidhm a úsáidtear i luasairí timthriallach nós synchrotron agus Cioglatrón. I Cioglatrón, tá an réimse tairiseach a tháirgtear ag maighnéad mór. Cáithníní le méadú ar a gcuid fuinnimh ag gluaiseacht spirally luathaithe outwardly le gach réabhlóid. Na clots synchrotron bogadh thart ar an fáinne le ga tairiseach, agus an réimse a ghineann an leictreamaighnéid fud na méaduithe fáinne mar na cáithníní luathaithe. Na maighnéid sholáthar "lúbthachta", dipoles le thuaidh agus ó dheas cuaillí, lúbtha i cruth capaill ionadaíocht a dhéanamh ionas gur féidir leis an bhíoma pas therebetween.

Is é an dara Feidhm thábhachtach de chuid na electromagnets chun díriú bíomaí ionas go bhfuil siad chomh caol agus déine agus is féidir. An fhoirm is simplí de maighnéad díriú - le ceithre cuaillí (dhá cheann thuaidh agus beirt ó dheas) suite os coinne a chéile. bhrú siad na cáithníní go dtí an t-ionad i dtreo amháin, ach cead a thabhairt dóibh a bheidh le seachadadh i ingearach. maighnéid ceathairpholach fócas an bhíoma cothrománach, rud a ligeann dó dul as fócas hingearach. Chun seo a dhéanamh, ní mór iad a úsáid i mbeirteanna. Le haghaidh níos cruinne ag díriú a úsáid freisin maighnéid níos sofaisticiúla le líon mór de na cuaillí (6 agus 8).

Ós rud é an fuinneamh na méaduithe gcáithníní, an neart an réimse maighnéadach, á ordú dóibh méaduithe. Coinníonn sé seo an bhíoma ar an trajectory céanna. Tá an gruth a tugadh isteach sa fáinne agus luathaithe le fuinneamh atá ag teastáil sular féidir é a tharraingt siar agus a úsáid i dturgnaimh. Tá tarraingt siar amach trí electromagnets atá i ngníomh a bhrú ar na cáithníní ón fáinne synchrotron.

imbhualadh

luasairí cáithníní Gearrtha úsáidtear sa leigheas agus tionscal, den chuid is mó léas chun críche áirithe, m.sh., ionradaíochta nó don ian-ionchlannú. Ciallaíonn sé seo go bhfuil na cáithníní a úsáidtear aon uair amháin. Ba é an rud céanna fíor de luasairí úsáidtear i dtaighde bunúsach le blianta fada. Ach Forbraíodh na fáinní i 1970, ina bhfuil dhá beams scaiptear i dtreonna os coinne agus collide ar fud an chuaird. Is é an buntáiste is mó de na córais sin go i fuinneamh imbhualadh tosaigh cáithníní théann díreach chuig an fuinneamh idirghníomhaíocht eatarthu. i gcodarsnacht leis an méid a tharlaíonn nuair a imbhuaileann an bhíoma le pictiúir ina stad, agus sa chás sin téann an chuid is mó den fhuinneamh leis an laghdú ar an ábhar sprioc ag gluaiseacht, i gcomhréir le prionsabal imchoimeádta an mhóimintim.

Roinnt meaisíní le bíomaí colliding a thógáil le dhá fháinne, trasnú in dhá cheann nó níos mó áiteanna, ina bhfuil a scaipeadh i dtreonna os coinne, na cáithníní den chineál céanna. Níos coitianta collider gcáithníní-frithcháithnín. Tá frithcháithnín an muirear os coinne na cáithníní a bhaineann. Mar shampla, an t-posatrón, tá luchtaithe go deimhneach, agus leictreoin - diúltach. Ciallaíonn sé seo go bhfuil réimse a accelerates an leictreon, slows an posatrón síos, ag dul sa treo céanna. Ach má tá na mbogann sin sa treo eile, beidh sé dlús. Mar an gcéanna, leictreoin ag gluaiseacht trí cuar Beidh réimse maighnéadach ar an taobh clé, agus an positron - ceart. Ach má tá an posatrón ag bogadh ar aghaidh, ansin beidh a cosán ar aghaidh ag imeacht leis an gceart, ach ar an cuar céanna mar sin de na leictreon. Mar sin féin, ciallaíonn sé seo gur féidir leis na cáithníní bhogadh tríd an fáinne ar an synchrotron maighnéid céanna agus dlús ag na réimsí céanna leictreacha i dtreonna os coinne. Ar an prionsabal a cruthaíodh go leor colliders cumhachtach beams colliding, t. Go. Éilíonn an t-aon luasaire fáinne amháin.

Níl Bhíoma sa synchrotron ag gluaiseacht go leanúnach agus lánpháirtiú i "clumps." Is féidir iad a roinnt ceintiméadar ar fad agus an deichiú cuid de milliméadar ar trastomhas, agus cuimsíonn siad thart ar ¹² cáithníní ^{Deireadh Fómhair.} Seo dlús íseal, toisc go bhfuil an méid an ábhair sin thart ar ²³ adamh ^{Deireadh Fómhair.} Dá bhrí sin, nuair a chéile a bíomaí colliding, níl ach dóchúlacht beag go mbeidh na cáithníní imoibríonn le chéile. Go praiticiúil ar aghaidh clots chun bogadh thart ar an fáinne agus le chéile arís. Ard bhfolús i luasaire cáithníní mhuirear (10 ^-11 mm Hg. V.) An bhfuil gá ionas gur féidir leis na cáithníní scaipeadh leor uair an chloig gan imbhuailtí le móilíní aer. Dá bhrí sin, tá an fáinne ar a dtugtar freisin carnach, mar gheall bíomaí stóráil i ndáiríre ann le haghaidh roinnt uaireanta.

clárú

luasairí cáithníní Gearrtha i bhformhór clárú tharlaíonn nuair a bhuaileann na cáithníní an sprioc nó an bhíoma eile, ag bogadh sa treo eile. I bhfeadán pictiúir theilifíse, leictreoin as an gunna ar stailc ar an scáileán fosfair ar an dromchla istigh agus scaoileann solas, a recreates rud a an íomhá a tharchuirfear. I luasairí Brathadóirí speisialaithe den sórt sin i ngleic leis cáithníní scaipthe anseo agus ansiúd, ach tá siad go bhfuil siad ceaptha de ghnáth chun a chruthú comharthaí leictreacha is féidir a thiontú i sonraí ríomhaireachta agus anailís a dhéanamh orthu cláir ríomhaire. Níl ach ghearrtar heilimintí a tháirgeadh comharthaí leictreacha ag dul tríd an t-ábhar, mar shampla trí ionization nó excitation na n-adamh, agus is féidir iad a bhrath go díreach. Is féidir leis an cáithníní neodrach cosúil le neodrón nó fótón a bhrath go hindíreach trí iompar na cáithníní mhuirear go bhfuil siad ag gluaiseacht.

Tá go leor brathadóirí speisialaithe. Tá cuid acu, ar nós cuntar Geiger, comhaireamh gcáithníní, agus úsáidí eile, m.sh., le haghaidh rianta a thaifeadadh nó a thomhas treoluas fuinnimh. brathadóirí nua-aimseartha i méid agus teicneolaíocht is féidir, a athrú ó mhuirear cúpláilte gléasanna beaga le seomraí gáis-líonadh mór le sreanga a bhrath rianta ianaithe arna dtáirgeadh ag cáithníní mhuirear.

scéal

luasairí cáithníní Gearrtha fhorbairt go príomha le haghaidh staidéar ar airíonna núicléis adamhacha agus cáithníní bunrang. Ós rud é oscailt an fisiceoir na Breataine Ernest Rutherford sa bhliain 1919, an t-imoibriú an núicléis nítrigine agus alfa-cháithnín, rinneadh go léir an taighde i réimse na fisice núicléach go 1932, amach le núicléis héiliam, scaoileadh ag an meath na n-eilimintí radaighníomhacha nádúrtha. tá Natural alfa-cháithníní fuinneamh cinéiteach 8 MeV, ach Rutherford chreid go gcaithfidh siad a bheith go saorga luathaithe luachanna níos airde fós chun monatóireacht a meath na núicléis trom. Ag an am an chuma sé deacair. Mar sin féin, an ríomh i 1928 ag Georgiem Gamovym (in Ollscoil Göttingen, an Ghearmáin), léirigh gur féidir leis na hiain a úsáid ag bhfuinneamh i bhfad níos ísle, agus tá sé seo iarrachtaí a thógáil áis a sholáthraíonn bhíoma dóthanacha a thabhairt do Thaighde Núicléach spreagadh.

Imeachtaí eile den tréimhse seo léirigh na prionsabail trína ndéanann an luasairí cáithníní mhuirear a tógadh go dtí an lá. Bhí na chéad turgnaimh éirigh le hiain go saorga luathaithe ar siúl Cockroft agus Walton i 1932 in Ollscoil Cambridge. Trí úsáid a bhaint iolraitheoir voltas, prótóin a luas a chur faoin 710 keV, agus léirigh go n-imoibríonn an dara ceann leis an litiam chun dhá alfa-cháithníní. De réir 1931, in Ollscoil Princeton i New Jersey, Robert Van de Graaff crios leictreastatach a tógadh an chéad ardacmhainne gineadóir. Voltage iolraitheoir Gineadóirí Cockroft-Walton agus Van de Graaff gineadóir fós in úsáid mar fhoinsí fuinnimh do luasairí.

Léiríodh an prionsabal luasaire athshondach líneach Rolf Widerøe in 1928. Tá an Rhine-Westfalen, Ollscoil Theicniúil i Aachen, Ghearmáin, a úsáidtear sé voltas AC ard chun dlús hiain sóidiam agus potaisiam le fuinnimh níos mó ná dhá uair a insint dóibh. In 1931 sna Stáit Aontaithe Ernest Lourens agus a chúntóir David Sloan ar an Ollscoil California, Berkeley, a úsáidtear na réimsí ard-minicíocht a hiain mearcair dlús a chur bhfuinneamh níos mó ná 1.2 MeV. Tá an obair seo comhlánú luasaire cáithníní mhuirear trom Wideröe, ach nach bhfuil na léasacha iain úsáideach i taighde núicléach.

luasaire athshondas maighnéadach nó Cioglatrón Ceapadh, mar modhnú ar shuiteáil Lawrence Wideröe. Mac Léinn Lawrence Livingston léirigh an prionsabal an Cioglatrón i 1931, ag déanamh na hiain le fuinneamh de 80 keV. In 1932, d'fhógair Lawrence agus Livingston luasghéarú prótóin suas go dtí níos mó ná 1 MeV. Níos déanaí sna 1930í, tháinig cioclatróin fuinnimh thart ar 25 MeV, agus an Van de Graaff - thart ar 4 MeV. I 1940, Donald Kerst, ag cur na torthaí na n-áireamh cúramach ar na fithise don struchtúr maighnéad, a tógadh in Ollscoil Illinois, an chéad betatron, ionduchtú maighnéadach leictreon luasaire.

fisice nua-aimseartha: luasairí cáithníní

Tar éis an Dara Cogadh Domhanda rinneadh dul chun cinn tapa i eolaíocht na cáithníní luasghéarú do fuinnimh arda. Thosaigh sé Edwin McMillan ag Berkeley agus Vladimir Veksler i Moscó. I 1945, tá siad go neamhspleách óna chéile ag cur síos ar an prionsabal na cobhsaíochta chéim. Tugann an coincheap seo bealach a choimeád ar bun orbits cobhsaí de na cáithníní i luasaire ciorclach a bhaint srianta ar an fuinneamh prótón agus chabhraigh a chruthú Luasairí athshondais mhaighnéadaigh (synchrotrons) do leictreoin. Autophasing, le cur chun feidhme an phrionsabail a bhaineann le cobhsaíocht chéim dheimhnigh, tar éis an tógáil ar synchrocyclotron beag in Ollscoil California agus an synchrotron i Sasana. Go gairid ina dhiaidh sin, bhí an luasaire chéad prótón líneach athshondach a cruthaíodh. Tá an prionsabal a úsáidtear i ngach synchrotrons prótón mór tógtha ó shin.

In 1947, William Hansen, ag Ollscoil Stanford i California, a thóg an chéad luasaire leictreon líneach ag an tonn taistil, a úsáidtear teicneolaíocht micreathonn a forbraíodh chun radar le linn an Dara Cogadh Domhanda.

Dul chun cinn sa staidéar a bhí indéanta trí chur leis an fuinneamh prótón, rud ba chúis le tógáil luasairí riamh níos mó. Tá an treocht go bhfuil costas déantúsaíochta ard fáinne maighnéad ollmhór ar éiríodh as. An ceann is mó meáchan thart ar 40,000 tonna. Modhanna chun cur leis an fuinneamh gan fás méid meaisín a taispeánadh i thart ar 1952 godu Livingstone, Courant agus Snyder mar theicníc na alternating díriú (ar a dtugtar láidir ag díriú). Synchrotrons ag obair ar an bprionsabal, maighnéid a úsáid 100 uair níos lú ná riamh. Den sórt sin atá ag díriú a úsáidtear i ngach synchrotrons nua-aimseartha.

Sa bhliain 1956 Kerst realized go má tá an dá thacar de cáithníní Coinnítear ar orbits trasnacha, is féidir leat féachaint dóibh collide. Cur i bhfeidhm an smaoineamh seo ag teastáil an carnadh luathaithe bíomaí i timthriallta, ar a dtugtar carnach. Tá an teicneolaíocht bainte amach fuinneamh uasta cáithníní idirghníomhaíocht.