 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( ноябрь 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Пучок частиц представляет собой поток заряженных или нейтральных частиц , во многих случаях при движении вблизи скорости света .
Существует разница между созданием и контролем пучков заряженных частиц и пучков нейтральных частиц, поскольку только первый тип может быть в достаточной степени управляем с помощью устройств, основанных на электромагнетизме . Управление и диагностика пучков заряженных частиц при высоких кинетических энергиях с помощью ускорителей частиц являются основными темами физики ускорителей .
Источники [ править ]
Заряженные частицы, такие как электроны , позитроны и протоны, могут быть отделены от их общего окружения. Это может быть выполнено, например, с помощью термоэлектронной эмиссии или дугового разряда . В качестве источников пучков частиц обычно используются следующие устройства:
- Источник ионов
- Электронно-лучевая трубка , а точнее в одной из ее частей, называется электронной пушкой . Это также часть традиционных телевизионных и компьютерных экранов.
- Фотокатоды также могут быть встроены как часть электронной пушки , используя фотоэлектрический эффект для отделения частиц от их подложки. [1]
- Пучки нейтронов могут быть созданы пучками протонов с высокой энергией, которые воздействуют на цель, например, из бериллиевого материала. (см. статью Терапия частицами )
- Взрыв петаваттного лазера на титановую фольгу для получения пучка протонов. [2]
Манипуляции [ править ]
Ускорение [ править ]
Заряженные пучки могут быть дополнительно ускорен за счет использования высокой резонансной, иногда также сверхпроводящее , микроволновые полости . Эти устройства ускоряют частицы за счет взаимодействия с электромагнитным полем . Поскольку длина волны полых макроскопических проводящих устройств находится в диапазоне радиочастот , конструкция таких резонаторов и других радиочастотных устройств также является частью физики ускорителей.
В последнее время плазменное ускорение появилось как возможность ускорять частицы в плазменной среде с использованием электромагнитной энергии импульсных мощных лазерных систем или кинетической энергии других заряженных частиц. Этот метод находится в стадии активной разработки, но в настоящее время не может обеспечить надежные лучи достаточного качества.
Руководство [ править ]
Во всех случаях луч управляется дипольными магнитами и фокусируется квадрупольными магнитами. С конечной целью достижения желаемого положения и размера пятна луча в эксперименте.
Приложения [ править ]
Физика высоких энергий [ править ]
Пучки частиц высоких энергий используются для экспериментов по физике элементарных частиц на крупных установках; наиболее распространенными примерами являются Большой адронный коллайдер и Тэватрон .
Синхротронное излучение [ править ]
Электронные пучки используются в источниках синхротронного света для создания электромагнитного излучения с непрерывным спектром в широкой полосе частот, которое называется синхротронным излучением. Это излучение может быть использовано на каналах синхротронного накопителя для различных экспериментов.
Терапия частицами [ править ]
Пучки энергичных частиц, состоящие из протонов , нейтронов или положительных ионов (также называемые микропучками частиц ), также могут использоваться для лечения рака в терапии частицами.
Астрофизика [ править ]
Многие явления в астрофизике приписываются пучкам частиц разного рода. Возможно, наиболее знаковым из них является солнечный радиовсплеск III типа , вызванный умеренно релятивистским электронным пучком.
Военные [ править ]
Хотя лучи частиц, пожалуй, наиболее широко используются в качестве систем оружия направленной энергии в научной фантастике , Агентство перспективных исследовательских проектов США начало работу над оружием из пучков частиц в 1958 г. [3] . поток ускоренных частиц с высокой кинетической энергией , который затем передается молекулам мишени. Мощность, необходимая для проецирования мощного луча такого типа, превосходит производственные возможности любой стандартной силовой установки на поле боя [3], поэтому производство такого оружия в обозримом будущем не ожидается.
Колонизация Марса [ править ]
Протонные пучки, такие как «генерируемые лазером протонные пучки» [4], могут использоваться как способ получения водорода для производства воды на планетах, таких как Марс , где водород мало, а кислород относительно богат в атмосфере в форме из CO 2 . В экономике Марса, где первоначальная стоимость воды была бы очень высокой из-за затрат на транспортировку с Земли на Марс, машина, которая может генерировать водород с помощью ядерной алхимии , то есть, например, преобразование титана в ионы водорода с использованием петаваттных лазеров, экономичен и может быть дешевле и быстрее, чем транспортировка воды с Земли на Марс, если технология будет полностью развита.[5]
См. Также [ править ]
- Электронный луч
- Ионный пучок
- Jet
Ссылки [ править ]
- ^ TJ Kauppila et al. (1987), Импульсный электронный инжектор с использованием металлического фотокатода, облучаемого эксимерным лазером , Труды конференции по ускорителям частиц, 1987 г.
- ^ Петаваттные пучки протонов в Ливерморской
- ^ a b Робердс, Ричард М. (1984). «Знакомство с оружием на основе пучка частиц» . Обзор авиационного университета . Июль Август. Архивировано из оригинала на 2012-04-17 . Проверено 3 января 2005 .
- ^ Петаваттные пучки протонов в Ливерморской
- ^ Многопланетное общество, Vol. 23, весна 2018
