работы.
Идея автофазировки понравилась Л.Н.Мандельштамму, статьи В.И.Векслера были
молниеносно переведены на английский язык (несколько позже аналогичное
предложение выдвинул американец Э.М.Макмиллан).
Наконец-то Лоуренс смог возобновить работы на заброшенном циклотроне, и уже
через несколько месяцев на нем были получены частицы с энергией 500 (!) МэВ. По
это был уже не циклотрон, а совершенно новая машина — синхроциклотрон.
Однако, прежде чем перейти к описанию этой повой машины, обратимся к некоторым
физическим явлениям, лежащим в основе процесса ускорения заряженных частиц.
Лоуренс первым использовал магнитное ноле для возвращения частиц к одним и тем
же ускоряющим промежуткам. Известно, что любая заряженная частица, двигаясь в
магнитном поле, будет двигаться по окружности. В двух точках такой окружности
Лоуренс расположил ускоряющие промежутки. Вот для этого Лоуренсу и понадобился
старый магнит, завалявшийся на складе Калифорнийского университета.
С ростом энергии частиц, получаемых в ускорителе, увеличивается радиус орбит, по
которым вращаются частицы, а вместе с ним и диаметр магнитов. Поэтому-то самые
большие магниты в мире — это магниты ускорителей.
Заряженная частица подвержена в циклотроне влиянию двух сил: центробежной,
которая стремится "выбросить" частицу из циклотрона, и центростремительной
лоренцевой силы, которая заставляет частицу двигаться по окружности. Если в
какой-то точке орбиты напряженность, скажем, резко падает до нуля, частица в
этой точке, не сдерживаемая лоренцевой центростремительной силой, выскочит из
циклотрона.
Исходя из этих соображений, напряженность поля по орбите циклотрона
устанавливают строго постоянной. Равенство центробежной и центростремительной
сил на равновесной орбите обеспечивает так называемую горизонтальную
устойчивость частицы. Что это значит? Предположим, что частица под влиянием
каких-либо сил перешла с равновесной орбиты на орбиту большего радиуса. В этом
случае лоренцева центростремительная сила будет больше центробежной, и в
результате частица начнет смещаться в сторону орбиты меньшего радиуса до тех
пор, пока не достигнет равновесной орбиты. При уменьшении радиуса орбиты частицы
наблюдается обратная картина.
А что случится, если частица перейдет на более низкую или более высокую орбиту?
Если полюсные наконечники магнита параллельны друг другу и магнитные силовые
линии, которые должны быть перпендикулярны к стальным поверхностям, представляют
собой параллельные прямые, то при смещении орбиты вверх или вниз частица не
"заметит" каких-либо изменений в магнитном поле. Все орбиты — средняя, более
низкая и более высокая — будут для частицы равноценными, что приведет в конце
концов вследствие неидеальности изготовления поверхностей полюсов к тому, что
частицы "потеряются" в полюсах магнита.
Чтобы этого не произошло или, как говорят, для обеспечения "вертикальной
устойчивости" или "вертикальной фокусировки" движения частицы, полюсы магнитов
скашивают так, чтобы зазор к краю полюса становился больше. В действительности,
однако, скашивают не сами полюсы, а магнитные крышки вакуумной камеры, в которой
происходит ускорение.
В этом случае поле магнита ускорителя изменится: если непосредственно под
центром полюса силовые линии по-прежнему будут прямыми, перпендикулярными
плоскостям полюсов, то на внешнем крае полюса силовые линии будут выгибаться
наружу, образуя так называемое бочкообразное выпучивание силовых линий.