СИЛЬНОТО́ЧНЫЕ УСКОРИ́ТЕЛИ

СИЛЬНОТО́ЧНЫЕ УСКОРИ́ТЕЛИ, ус­та­нов­ки для по­лу­че­ния по­то­ков за­ря­жен­ных час­тиц (ио­нов и элек­тро­нов), элек­трич. то­ки ко­то­рых дос­ти­га­ют 10⁴ А и бо­лее. Воз­ни­каю­щие в С. у. по­то­ки час­тиц, в ко­то­рых собств. элек­тро­маг­нит­ные по­ля ока­зы­ва­ют оп­ре­де­ляю­щее воз­дей­ст­вие на ди­на­ми­ку са­мо­го по­то­ка, на­зы­ва­ют силь­но­точ­ны­ми пуч­ка­ми.

С. у. со­сто­ят из мощ­но­го вы­со­ко­вольт­но­го им­пульс­но­го ге­не­ра­то­ра и ва­ку­ум­но­го дио­да. Элек­трич. на­пря­же­ние ге­не­ра­то­ра (по­ряд­ка 10⁶ В) при­кла­ды­ва­ют к об­клад­кам дио­да, соз­да­вая ме­ж­ду ни­ми крат­ко­вре­мен­ное элек­трич. по­ле. В этом по­ле за­ря­жен­ные час­ти­цы ус­ко­ря­ют­ся, об­ра­зуя ток та­кой ве­ли­чи­ны, что по­ро­ж­дае­мое им элек­тро­маг­нит­ное по­ле ока­зы­ва­ет оп­ре­де­ляю­щее воз­дей­ст­вие на дви­же­ние по­ро­див­ших его час­тиц. Управ­лять силь­но­точ­ны­ми пуч­ка­ми при по­мо­щи маг­ни­тов (как это де­ла­ет­ся в тра­ди­ци­он­ных ус­ко­ри­те­лях за­ря­жен­ных час­тиц) не­воз­мож­но.

Од­но­имён­но за­ря­жен­ные час­ти­цы пуч­ка от­тал­ки­ва­ют­ся по за­ко­ну Ку­ло­на; од­но­вре­мен­но с этим час­ти­цы, дви­жу­щие­ся па­рал­лель­но и в од­ном на­прав­ле­нии, пред­став­ля­ют со­бой элек­трич. то­ки и при­тя­ги­ва­ют­ся по за­ко­ну Ам­пе­ра. В ва­куу­ме си­ла от­тал­ки­ва­ния пре­вы­ша­ет си­лу при­тя­же­ния и её не­об­хо­ди­мо ком­пен­си­ро­вать для соз­да­ния ус­той­чи­во­го пуч­ка. Кро­ме то­го, дви­жу­щие­ся за­ря­жен­ные час­ти­цы соз­да­ют во­круг се­бя маг­нит­ное по­ле; при боль­шой ин­тен­сив­но­сти пуч­ков по­те­ри энер­гии на его соз­да­ние воз­рас­та­ют и мо­гут сде­лать ус­ко­ре­ние не­эф­фек­тив­ным. Эти не­же­ла­тель­ные эф­фек­ты кон­тро­ли­ру­ют, рас­про­стра­няя пу­чок не в ва­куу­ме, а в плаз­ме: на­ли­чие в объ­ё­ме за­ря­жен­ных час­тиц про­ти­во­по­лож­но­го зна­ка по­зво­ля­ет ком­пен­си­ро­вать си­лу от­тал­ки­ва­ния, а по­те­ри на соз­да­ние маг­нит­но­го по­ля зна­чи­тель­но умень­ша­ют­ся из-за воз­ник­но­ве­ния в про­во­дя­щей сре­де скин-эф­фек­та. Это по­зво­ля­ет до­бить­ся эф­фек­тив­но­го, кон­тро­ли­руе­мо­го и ус­той­чи­во­го рас­про­стра­не­ния силь­но­точ­но­го пуч­ка.

Ис­точ­ни­ком за­ря­жен­ных час­тиц в С. у. слу­жат элек­тро­ды дио­да, с по­верх­но­сти ко­то­рых под дей­ст­ви­ем при­ло­жен­но­го на­пря­же­ния про­ис­хо­дит эмис­сия элек­тро­нов и ио­нов. В обыч­ных ус­ло­ви­ях ион­ный ток пре­неб­ре­жи­мо мал, и в дио­де те­чёт элек­трон­ный ток. Маг­нит­ное по­ле, соз­да­вае­мое пуч­ком, су­ще­ст­вен­но ис­крив­ля­ет тра­ек­то­рии элек­тро­нов (Лар­мо­ра пре­цес­сия), в ре­зуль­та­те пу­чок по­лу­ча­ет­ся сла­бо­сфо­ку­си­ро­ван­ным. По­сколь­ку ио­ны тя­же­лее элек­тро­нов, их тра­ек­то­рии из­ме­ня­ют­ся не­зна­чи­тель­но, что по­зво­ля­ет по­лу­чить в С. у. пу­чок ио­нов с ма­лым уг­ло­вым раз­бро­сом. Для соз­да­ния ион­но­го то­ка в дио­де со­пут­ст­вую­щий элек­трон­ный ток ис­кус­ст­вен­но по­дав­ля­ют: за­зор ме­ж­ду ано­дом и ка­то­дом уве­ли­чи­ва­ют так, что­бы он был боль­ше лар­мо­ров­ско­го ра­диу­са элек­тро­нов. То­гда элек­трон­ный ток в дио­де не бу­дет рас­про­стра­нять­ся, и осн. ток бу­дет об­ра­зо­ван ио­на­ми. Для со­зда­ния ион­ных пуч­ков анод дио­да из­го­тав­ли­ва­ют с при­ме­не­ни­ем спец. ди­элек­три­ка. Од­на­ко ион­ный ток по­лу­ча­ет­ся не­ус­той­чи­вым, по­это­му воз­мож­ность его тех­нич. при­ме­не­ния за­труд­не­на.

Пер­вые идеи соз­да­ния силь­но­точ­ных пуч­ков поя­ви­лись в сер. 20 в. Ак­тив­ная раз­ра­бот­ка С. у. на­ча­лась в 1970-х гг., ко­гда воз­ник­ла идея о воз­мож­но­сти при­ме­не­ния силь­но­точ­ных пуч­ков для инер­ци­аль­но­го управ­ляе­мо­го тер­мо­ядер­но­го син­те­за. На нач. 21 в. С. у. на­шли при­ме­не­ние в пром-сти (напр., для изу­че­ния струк­ту­ры ма­те­риа­лов, мо­ди­фи­ка­ции их по­верх­но­ст­ных сло­ёв с це­лью по­вы­ше­ния из­но­со­стой­ко­сти или за­ка­ли­ва­ния), а так­же в ра­диа­ци­он­ном ма­те­риа­ло­ве­де­нии (для соз­да­ния мощ­но­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, по­зво­ляю­ще­го ими­ти­ро­вать и ис­сле­до­вать воз­дей­ст­вие ядер­но­го взры­ва на ап­па­ра­ту­ру и ма­те­риа­лы).