Великое ускорение частиц: циклотрон Эрнеста Лоуренса

Физик Григорий Трубников о первом работающем ускорителе частиц и его создателе, который открыл новую эру в науке.
Великое ускорение частиц: циклотрон Эрнеста Лоуренса

В 1931 году началась очень важная эра в истории ускорителей — была предложена схема циклического ускорителя, циклотрона, который работает по резонансному принципу и в котором траектория частицы есть раскручивающаяся спираль.

В 1929 году американцу Эрнесту Лоуренсу попалась на глаза статья норвежского инженера Видероэ на немецком языке, в которой обсуждалась схема резонансного линейного ускорителя. И, хотя Лоуренс не владел немецким языком, для того чтобы разобраться во всех деталях, основная идея была ему ясна из иллюстраций.

Лоуренс понял, что прямолинейную траекторию можно изогнуть в спираль. После коротких расчетов он со своими коллегами приступил к сооружению первого циклического ускорителя, который реализовал в 1931 году. После войны выяснилось, что практически одновременно с Лоуренсом — а возможно, даже немного раньше — к такой же идее пришел венгерский физик Шандор Гаал. В мае 1929 года он отправил рукопись, где был изложен принцип циклотрона, в немецкий журнал Zeitschrift für Physic, но редакторы не поняли, о чем идет речь, и отказались ее напечатать…

Как был устроен первый циклотрон?

Размер циклотрона Лоуренса — 12,7 см, сделан из стекла, сургуча и бронзы. Обладал возможностью разгонять протоны до 80 кэВ. Циклотрон представлял собой полый диск, похожий на пустую консервную банку, разрезанный на две раздвинутые друг относительно друга половинки и помещенный в магнитное поле — между двумя постоянными магнитами (магнитными полюсами). Каждая из этих двух половинок диска внешне похожа на латинскую букву D, поэтому они и называются dees, то есть буквы «Д». В русской терминологии они называются дуантами. В зазор между дуантами подается переменное ВЧ-напряжение, частота которого должна точно совпадать с частотой обращения частиц. Частицы, пролетая зазор первый раз на обороте, приобретают энергию, равную разности потенциалов, и, пока частицы долетают до зазора второй раз на обороте, проходит половина периода ВЧ, поле меняет знак и снова ускоряет частицы.

Комментарии
Комментарии