Пучок частиц

Пучок частиц представляет собой поток заряженных или нейтральных частиц . В ускорителях частиц эти частицы могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света . Существует разница между созданием и контролем пучков заряженных частиц и пучков нейтральных частиц, поскольку только первым типом можно в достаточной степени манипулировать с помощью устройств, основанных на электромагнетизме . Манипулирование и диагностика пучков заряженных частиц при высоких кинетических энергиях с использованием ускорителей частиц являются основными темами физики ускорителей .

Источники

Заряженные частицы , такие как электроны , позитроны и протоны, могут быть отделены от их общего окружения. Это может быть достигнуто, например, термоэлектронной эмиссией или дуговым разрядом . В качестве источников пучков частиц обычно используются следующие устройства:

Источник ионов
Электронно-лучевая трубка , а точнее одна из ее частей, называется электронной пушкой . Это также часть традиционных телевизионных и компьютерных экранов.
Фотокатоды также могут быть встроены в электронную пушку , используя фотоэлектрический эффект для отделения частиц от их подложки. ^{[ 1 ]}
Нейтронные пучки могут создаваться пучками энергичных протонов , которые воздействуют на мишень, например, из бериллиевого материала. (см. статью Терапия частицами )
Направление петаваттного лазера на титановую фольгу для получения протонного пучка. ^{[ 2 ]}

Манипуляция

Ускорение

Заряженные пучки можно дополнительно ускорить за счет использования высокорезонансных, а иногда и микроволновых сверхпроводящих резонаторов . Эти устройства ускоряют частицы за счет взаимодействия с электромагнитным полем . Поскольку длина волны полых макроскопических проводящих устройств находится в радиочастотном (РЧ) диапазоне, конструкция таких резонаторов и других радиочастотных устройств также является частью физики ускорителей.

Совсем недавно ускорение плазмы появилось как возможность ускорять частицы в плазменной среде, используя электромагнитную энергию импульсных мощных лазерных систем или кинетическую энергию других заряженных частиц. Этот метод находится в стадии активной разработки, но в настоящее время не может обеспечить надежные лучи достаточного качества.

Руководство

Во всех случаях луч управляется дипольными магнитами и фокусируется квадрупольными магнитами . Конечная цель – достижение желаемого положения и размера пятна луча в эксперименте.

Приложения

Физика высоких энергий

Пучки частиц высоких энергий используются для по физике элементарных частиц экспериментов на крупных объектах; наиболее распространенными примерами являются Большой адронный коллайдер и Теватрон .

Синхротронное излучение

Электронные пучки используются в источниках синхротронного света для получения рентгеновского излучения с непрерывным спектром в широком диапазоне частот , называемого синхротронным излучением . Это рентгеновское излучение используется в лучах источников синхротронного света для различных спектроскопий ( XAS , XANES , EXAFS , μ -XRF , μ -XRD ) с целью исследования и характеристики структуры и химического состава твердых веществ и биологические материалы.

Частичная терапия

Пучки энергичных частиц, состоящие из протонов , нейтронов или положительных ионов (также называемые микропучками частиц ), также могут использоваться для лечения рака в терапии частиц.

Астрофизика

Многие явления в астрофизике объясняются пучками частиц различного рода. ^{[ 3 ]} Солнечные радиовсплески III типа, наиболее распространенные импульсные радиосигналы Солнца, используются учеными в качестве инструмента для лучшего понимания солнечных ускоренных электронных лучей. ^{[ 4 ]}

Военный

США Агентство перспективных исследовательских проектов начало работу над лучевым оружием в 1958 году. ^{[ 5 ]} Общая идея такого оружия состоит в том, чтобы поразить целевой объект потоком ускоренных частиц с высокой кинетической энергией , которая затем передается атомам или молекулам цели. Мощность, необходимая для создания такого мощного луча, превосходит производственные возможности любой стандартной боевой силовой установки. ^{[ 5 ]} таким образом, производство такого оружия в обозримом будущем не ожидается.

См. также

Ссылки

^ TJ Kauppila et al. (1987), Импульсный инжектор электронов с использованием металлического фотокатода, облученного эксимерным лазером , Труды конференции по ускорителю частиц, 1987 г.
^ Петаваттные протонные пучки в Лоуренсе Ливерморе
^ Энтони Ператт (1988). «Роль пучков частиц и электрических токов во вселенной плазмы» (PDF) . Лазерные лучи и пучки частиц . 6 (3): 471–491. Бибкод : 1988LPB.....6..471P . дои : 10.1017/S0263034600005401 . Проверено 26 января 2023 г.
^ Рид, Хэмиш Эндрю Синклер; Рэтклифф, Хизер (июль 2014 г.). «Обзор солнечных радиовсплесков III типа» . Исследования в области астрономии и астрофизики . 14 (7): 773–804. arXiv : 1404.6117 . Бибкод : 2014RAA....14..773R . дои : 10.1088/1674-4527/14/7/003 . ISSN 1674-4527 . S2CID 118446359 .
^ Jump up to: ^а ^б Робердс, Ричард М. (1984). «Представляем пучковое оружие» . Обзор воздушного университета . июль–август. Архивировано из оригинала 17 апреля 2012 г. Проверено 3 января 2005 г.

[1] TJ Kauppila et al. (1987), Импульсный инжектор электронов с использованием металлического фотокатода, облученного эксимерным лазером , Труды конференции по ускорителю частиц, 1987 г.

[2] Петаваттные протонные пучки в Лоуренсе Ливерморе

[3] Энтони Ператт (1988). «Роль пучков частиц и электрических токов во вселенной плазмы» (PDF) . Лазерные лучи и пучки частиц . 6 (3): 471–491. Бибкод : 1988LPB.....6..471P . дои : 10.1017/S0263034600005401 . Проверено 26 января 2023 г.

[4] Рид, Хэмиш Эндрю Синклер; Рэтклифф, Хизер (июль 2014 г.). «Обзор солнечных радиовсплесков III типа» . Исследования в области астрономии и астрофизики . 14 (7): 773–804. arXiv : 1404.6117 . Бибкод : 2014RAA....14..773R . дои : 10.1088/1674-4527/14/7/003 . ISSN 1674-4527 . S2CID 118446359 .

[roberds84-5] Jump up to: ^а ^б Робердс, Ричард М. (1984). «Представляем пучковое оружие» . Обзор воздушного университета . июль–август. Архивировано из оригинала 17 апреля 2012 г. Проверено 3 января 2005 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]