მაღალძაბვიანი ამჩქარებელი

მაღალძაბვიანი ამჩქარებელი — მოწყობილობა, რომელშიც ხდება დამუხტული ნაწილაკების აჩქარება ისეთი ელექტრული ველით, რომელიც ნაწილაკების აჩქარების მთელი დროის განმავლობაში ან უცვლელია, ან უმნიშვნელოდ იცვლება. მაღალძაბვიანი ამჩქარებელის ძირითადი ელემენტებია: მაღალი ძაბვის გენერატორი, დამუხტული ნაწილაკების წყარო და ნაწილაკების ამჩქარებელი სისტემა. მაღალი ძაბვის გენერატორით მიღებული ძაბვა მოედება ამჩქარებელი სისტემის ელექტროდებზე და სისტემის შიგნით წარმოქმნის ელექტრულ ველს. წყაროს საშუალებით მიღებული დამუხტული ნაწილაკები ამ ველში აჩქარდება და მიიღებს ენერგიას =, სადაც არის ელემენტარული მუხტი, — ასაჩქარებელ ნაწილაკში ელემენტარული მუხტების რიცხვი, ხოლო — მაღალძაბვიანი გენერატორით წარმოქმნილი პოტენციალთა სხვაობა. ამჩქარებელ სისტემაში წნევა არ უნდა არემატებოდეს 10⁻⁴ — 10⁻⁵ მმ. ვწყ. სვ. წინააღმდეგ შემთხვევაში ნაწილაკები მნიშვნელოვნად განიობნევა აირის მოლეკულებზე.

მაღალძაბვიანი ამჩქარებლის სხვა ტიპის ამჩქარებლებთან შედარებით ის მნიშვნელოვანი უპირატესობა აქვს, რომ ამ ხელსაწყოთი შესაძლებელია დროის მიხედვით მუდმივ ერთგვაროვან ელექტრულ ველში ნაწილაკების აჩქარებისას მივიღოთ თითქმის ერთნაირი ენერგიების ნაწილაკთა ნაკადი. სწორედ ამის გამო იგი ფართოდ გავრცელდა ატომურ და ბირთვულ ფიზიკაში. მაღალძაბვიანი ამჩქარებელს აქვს სხვა უპირატესობაც (დიდი სიმძლავრისა და მაღალი მქკ-იანი დანადგარების შექმნის შესაძლებლობა).

იმის მიხედვით, თუ რომელი სახეობის მაღალი ძაბვის გენერატორს იყენებენ, მაღალძაბვიანი ამჩქარებელი შეიძლება იყოს: ელექტროსტატიკური, კასკადური, ტრანსფორმატორული და იმპულსური.

ელექტროსტატიკურ ამჩქარებელში ძაბვა წარმოიქმნება ელექტროსტატიკური გენერატორით, რომელშიც მუხტის გადატანა მათი განცალკევების დროს მექანიკური გადამტანით ხდება. მექანიკური გადამტანი შეიძლება იყოს რბილი დიელექტრიკული ლენტი (ვან დე გრააფის გენერატორი) ან ხისტი დიელექტრიკული როტორი (როტორული ელექტროსტატიკური გენერატორი). ხშირად იყენებენ ჯაჭვურ გადამტანს (დიელექტრიკული რგოლებით დაკავშირებული ლითონის ელექტროდები, ე. წ. პელეტრონი). ასეთი გენერატორის უპირატესობაა დამმუხტავი დენის მაღალი სტაბილურობა და მაღალი მქკ.

კასკადურ ამჩქარებელში ძაბვის წყაროა კასკადური გენერატორი, რომელიც დაბალ ცვლად ძაბვას გარდაქმნის მაღალ მუდმივ ძაბვად სქემის ცალკეულ კასკადებში მიღებული მუდმივი ძაბვის მიმდევრობითი ჩართვით.

ტრანსფორმატორულ ამჩქარებელში მაღალი ძაბვის გენერატორია მაღალი ძაბვის ტრანსფორმატორი, რომელიც იკვებება სინუსოიდური ძაბვის მქონე წყაროდან. ასეთ ამჩქარებელში ამჩქარებელ სისტემას უნდა ჰქონდეს სპეციალური ჩამომკვეთი მოწყობილობა, რომლის დანიშნულებაა ნაწილაკების გატარება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ძაბვას ტრანსფორმატორის მეორეულ გრანილზე აქვს საჭირო პოლარობა და ახლოსაა თავის მაქსიმალურ მნიშვნელობასთან.

იმპულსურ ამჩქარებელში ძაბვის წყაროა სხვადასხვა ტიპის იმპულსური ტრანსფორმატორი (მაგალითად, ტესლას ტრანსფორმატორი) ან იმპულსური ძაბვის ტევადობითი გენერატორი, რომელშიც საკმარისად დიდი რაოდენობის კონდენსატორები პარალელურად იმუხტება საერთო დენის წყაროდან. შემდეგ ხდება მათი გადაერთება მიმდევრობით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ძაბვის იმპულსი, რომლის ამპლიტუდა შეიძლება აღწევდეს რამდენიმე მლნ. ვოლტს.

დამუხტული ნაწილაკების წყაროები
მაღალძაბვიანი ამჩქარებლის ელექტრონების წყაროს (რომელსაც ხშირად ელექტრონულ ზარბაზანსაც უწოდებენ) წარმოადგენს გახურებული კათოდი და ელექტროდების სისტემა, რომლის საშუალებითაც ხდება კათოდიდან გამოფრქვეული ელექტრონების კონის ფორმირება. იმპულსური მძლავრი დენის მაღალძაბვიანი ამჩქარებელში წარმატებით იყენებენ ავტოელექტრონული ემისიისა და მომდევნო აფეთქების ემისიის ცივ კათოდებს.

იონის წყაროში დამუხტული ნაწილაკები წარმოიქმნება კამერის შიგნით, რომელიც ავსებულია 10⁻¹ — 10⁻³ მმ. ვწყ. სვ. წნევის საჭირო ელემენტის შემცველი ორთქლით ან აირით. განმუხტვის არეში წარმოქმნილი იონები სპეციალური გამომწოვი ელექტროდით გადაჰყავთ ამჩქარებელ სისტემაში. ამასთან, დადებითი იონები გამოჰყავთ განმუხტვის არის ცენტრიდან (სადაც მათი კონცენტრაცია მაქსიმალურია), უარყოფითი იონები კი — ამ არის პერიფერიიდან.

ამჩქარებელი სისტემა (ამჩქარებელი მილაკი) არის მაღალძაბვიანი ამჩქარებლის ვაკუუმური სისტემის ნაწილი. მასში წნევა არ უნდა აღემატებოდეს 10⁻⁵ მმ. ვწყ. სვ. თანამედროვე მაღალძაბვიანი ამჩქარებელი საშუალებას იძლევა ავაჩქაროთ დამუხტული ნაწილაკები ისე, რომ მათი ენერგია გაიზარდოს რამდენიმე ათეულ მლნ. ელექტრონვოლტამდე. უდიდეს ამჩქარებლებში დამუხტული ნაწილაკების კონის შესაბამისი დენი აღწევს ერთიდან ათამდე მიკროამპერს, როცა კონის ზომები სამიზნეზე რამდენიმე მილიმეტრია, ხოლო მისი განშლადობა არ აღემატება 10⁻³ რად.