Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 в фотоядерной физике в Мельбурнском университете.

Бетатронный представляет собой тип 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 производить электронные пучки с энергиями выше, чем можно было бы достичь с помощью простой электронной пушки . [1]

Бетатронная был разработан в 1935 году Штеенбек в Германии для ускорения электронов, [2] [3] [4] [5] [6] [7] но концепции в конечном счете , происходят от Rolf Widerøe , [8] [9] , развитие которых из индукционного ускорителя не удалось из - за отсутствия поперечной фокусировки. [10] Последующее развитие произошло в США через Дональда Керста в 1940-х годах. [11] [12] [13]

Принцип работы [ править ]

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

Стабильная орбита электронов удовлетворяет

куда

- поток в области, ограниченной электронной орбитой,
- радиус электронной орбиты, а
- магнитное поле при .

Другими словами, магнитное поле на орбите должно быть вдвое меньше среднего магнитного поля по ее круглому сечению:

Это состояние часто называют состоянием Видеро . [14]

Этимология [ править ]

Название «бетатрон» (отсылка к бета-частице , быстрому электрону) было выбрано во время ведомственного конкурса. Другими предложениями были «реотрон», «индукционный ускоритель», «индукционный ускоритель электронов» [15] и даже « Außerordentlichehochgeschwindigkeitselektronenentwickelndesschwerarbeitsbeigollitron », предложение немецкого сотрудника, для «Тяжелой работы доброй машины для генерации чрезвычайно высокоскоростных электронов» [15] ] [17] или, возможно, «Генератор электронов необычайно высокой скорости, высокая энергия от golly-tron». [18]

Приложения [ править ]

Бетатроны исторически использовались в экспериментах по физике элементарных частиц для получения пучков электронов высокой энергии - примерно до 300 МэВ . Если электронный луч направлен на металлическую пластину, бетатрон можно использовать в качестве источника энергичного рентгеновского излучения , которое может использоваться в промышленных и медицинских приложениях (исторически в радиационной онкологии ). Уменьшенная версия бетатрона также использовалась в качестве источника жесткого рентгеновского излучения (посредством замедления электронного пучка в мишени) для быстрого запуска некоторых экспериментальных ядерных боеприпасов посредством фотонно-индуцированного деления и фотон-нейтронных реакций в ядро бомбы. [19] [20] [21]

Радиационный центр, первый частный медицинский центр для лечения больных раком с помощью бетатрона, был открыт доктором О. Артуром Стиенноном в пригороде Мэдисона, штат Висконсин, в конце 1950-х годов. [22]

Ограничения [ править ]

Максимальная энергия, которую может передать бетатрон, ограничена силой магнитного поля из-за насыщения железом и практическим размером сердечника магнита. Следующее поколение ускорителей, синхротронов , преодолело эти ограничения.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Бетатрон | ускоритель частиц" . Британская энциклопедия . Проверено 24 января 2019 .
  2. ^ Педро Валошек: Rolf Wideröe über sich selbst: Leben und Werk eines Pioniers des Beschleunigerbaues und der Strahlentherapie. /// "" Vieweg + Teubner, 1994, ISBN 978-3528065867 , стр. 68-69 
  3. ^ Вольфганг У. Эккарт: 100 Jahre organisierte Krebsforschung. Георг Тиме Верлаг, 2000, ISBN 978-3131056610 , стр. 140 
  4. ↑ Гарри Фридманн: Einführung in die Kernphysik Wiley-VCH Verlag, 2014, ISBN 978-3527412488 , стр. 357 
  5. ^ Vom Atom цур Kernenergie Вальтер Кайзер. Веб-сайт VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik eV, 4 ноября 2015 г. Дата обращения 01.10.2016.
  6. ^ Сергей С. Молоков, Р. Моро, Х. Кейт Моффатт: Магнитогидродинамика: историческое развитие и тенденции. Springer, 2007, ISBN 978-1841271729 , стр. 56 
  7. ^ "Физика и национал-социализм: антология первоисточников" , Клаус Хентшель . Birkhäuser, 1996. ISBN 3-7643-5312-0 , ISBN 978-3-7643-5312-4 . п. 350.  
  8. ^ Видероэ, R. (17 декабря 1928). "Über ein neues Prinzip zur Herstellung hoher Spannungen". Archiv für Elektrotechnik (на немецком языке). 21 (4): 387–406. DOI : 10.1007 / BF01656341 . S2CID 109942448 . 
  9. ^ Даль, Ф. (2002). От трансмутации ядер к делению ядер, 1932-1939 гг . CRC Press . ISBN 978-0-7503-0865-6.
  10. ^ Хинтербергер, Франк (2008). Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik . Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-540-75282-0 . ISBN 978-3-540-75281-3.
  11. ^ Керст, DW (1940). «Ускорение электронов магнитной индукцией». Физический обзор . 58 (9): 841. Полномочный код : 1940PhRv ... 58..841K . DOI : 10.1103 / PhysRev.58.841 . S2CID 120616002 . 
  12. ^ Керст, DW (1941). «Ускорение электронов с помощью магнитной индукции» (PDF) . Физический обзор . 60 (1): 47–53. Bibcode : 1941PhRv ... 60 ... 47K . DOI : 10.1103 / PhysRev.60.47 .
  13. ^ Керст, DW ; Сербер Р. (июль 1941 г.). «Электронные орбиты в индукционном ускорителе». Физический обзор . 60 (1): 53–58. Полномочный код : 1941PhRv ... 60 ... 53K . DOI : 10.1103 / PhysRev.60.53 .
  14. ^ Вилле, Клаус (2001). Физика ускорителей частиц: Введение . Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-850549-5.
  15. ^ Научная служба (1942). «Назовем новую машину Бетатрон или Реотрон» . Брошюра по химии . 15 (7–12).
  16. ^ Селия Эллиот. «Физика в 1940-х: Бетатрон» . Физика Иллинойса: Капсулы времени . Урбана-Шампейн, Иллинойс: Университет Иллинойса . Проверено 13 апреля 2012 года .
  17. ^ RA Kingery; RD Berg; Э. Х. Шиллингер (1967). «Электроны на орбите» . Люди и идеи в инженерии: двенадцать историй из Иллинойса . Урбана, Иллинойс: Университет Иллинойс Press. п. 68. ASIN B002V8WB8I . 
  18. ^ «Самый большой бетатрон в мире» . Жизнь : 131. 20 марта 1950 г.
  19. ^ Большая наука: рост крупномасштабных исследований ISBN 978-0-8047-1879-0 
  20. ^ Ядерное оружие Архив, серия выстрел массажер, пункт Джордж
  21. ^ Архив ядерного оружия, Элементы конструкции оружия деления, раздел 4.1.8.2
  22. ^ Wisconsin выпускник , Volume 58, Number 15 (25 июля 1957)

Внешние ссылки [ править ]

  • Бетатрон в UIUC