I bob. Tezlatgichlar va ularning turlari - bet 6

pc
T
m c
m c
Ì ýÂ
=
+
−
=
9
9
1, 6 10
1,3 10
2,1 .
R
ì
−
Rossiyaning Protvino shahrida joylashgan va protonlarni 70 GeV gacha
tezlatadigan tezlatkichning radiusini baholaymiz. Yuqorida keltirilgan (11)
formuladagi m
o
c
2
ifodani pc kattalikka nisbatan kichik bo’lgani uchun hisobga
olmaymiz. U holda tezlatkich radiusi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:
70
,
pc
T
ÃýÂ
=
9
9
3 10
70 10
210
R
ì
−
=
( amalda 236 m).
Fermi nomidagi laboratoriyada (AQSH) joylashgan tezlatkich protonlarni 500
GeV gacha tezlatadi. Bu tezlatkichning radiusini
baholaymiz, ya’ni:
9
9
3 10
500 10
1,5
R
êì
−
=
(amalda 1 km).
Bu baholashlar inshoat o’lchamini belgilaydi va yirik tezlatkichlarqurish
yo’liga keskin iqtisodiy chegara qo’yadi.
Ushbu yo’nalishda sezilarli rivojlanish, ya’ni progress bo’lishi mumkinmi?
Turli ferromagnitlardagi erishish mumkin bo’lgan magnit maydon induksiyasining
chegarasi bir biriga juda ham yaqin va yaxshi tushunarli holdir. Ferromagnitizm bu
elektronning spin aylanishi natijasida hosil bo’ladigan xususiy magnit momenti
bilan bog’langan. Agar ba’zi bir atomda aynan bir kvant holatda ikkita elektron
bo’lib qolgan taqdirda ularning spinlari qarama qarshi yo’nalishda joylashib oladi.
Bu Pauli prinsipi deyiladi. Ushbu prinsipni oddiy qilib aytganda, atomda to’rtta
kvant soni bir xil bo’lgan ikkita elektron mavjud bo’lishi mumkin emas. Shuning
uchun to’rtinchi kvant soni, ya’ni spin yo’nalishi farq qilishi kerak. Bunday elektron
juftliklarning yoki hamma elektron juftliklar magnit momentlari bir birlarini
kompensatsiyalaydi va natijaviy magnit momenti nolga teng bo’ladi. Atomdagi toq
elektron faqat bitta bo’ladi va uning mavjudligi ferromagnitizm bilan bog’liq
bo’ladi. Ma’lumki, hamma element atomlari deyarli bir xil o’lchamga ega. Demak,
qattiq jismlarning 1 sm
3
hajmidagi atomlar soni moddadan moddaga o’tganda
sezilarli o’zgarmaydi. Ferromagnitizmga sababchi bo’lgan hamma elektronlarning
spinlari bir tomonga qarab burilgan bo’lsa, moddaning maksimal magnitlanishiga
erishiladi. Bu yerdan ko’rinadiki, to’yinish induksiyasi kattaligi hamma ferromagnit
moddalarda bir biriga juda ham yaqin bo’ladi. Amalda ham xuddi shunday.
Ko’pchilik hollarda elektromagnitning o’zagi sifatida temir olinadi. Bunga sabab,
uning boshqa moddalardan magnit xususiyatlari bo’yicha ustunligi emas, balki
uning arzonligidir. Tezlatkichlarda magnit induksiyasini oshirishning amalga
oshirsa bo’ladigan yagona yo’li, bu, odatdagi elektromagnitlardan o’ta o’tkazuvchan
moddalardan yasalgan elektromagnitlarga o’tish hisoblanadi. Bunda mavjud
materiallarda induktsiya 2-3 marta oshishi mumkin. Bu eng istiqboli porloq yo’l
bo’lib, u hozirgi zamonaviy tezlatkichlarda keng qo’llanilmoqda.
Endi (10) formulani tahlil qilishga qaytsak. Bu yerdan ko’rinadiki, doimiy B
magnit maydonda tezlatilayotgan zarralar hosil qilayotgan trayektoriya radiusi,
impuls oshishi bilan oshib borar ekan. Bunday maydonda zarra trayektoriyasi
aylanib kelayotgan spiralni eslatadi. Ushbu holda elektromagnitning magnit qutblari
butun spiralni qoplovchi disk shaklida qilinadi.Qutblarning radiusi 30 sm
yoki xatto 2 m bo’lgan yaxlit magnit qutblarini qilish qiyin emas. Ammo diametrlari
1,5 km yoki xattoki 200 m bo’lgan disk shaklidagi magnit qutblarini yasash mumkin
emas. Demak uncha katta energiyaga ega bo’lgan tezlatkichlar butun(yaxlit) qutbga
ega bo’lgan domiy magnit maydon bilan ishlaydilar, katta energiyaga ega bo’lgan
tezlatkichlarda esa bunday maydonni hosil qilib bo’lmaydi. Yirik tezlatkichlarda
magnit maydon doimiy radiusli tor halqa yo’laklarda hosil qilinadi. Yuqorida
keltirilgan (10) formula ko’rsatadiki, bunday tezlatkichlarda, tezlatilayotgan
zarraning ipulsi oshishi bilan B induktsiya ham oshib borishi shart. Endi siklik
tezlatkichlar sinfiga kiruvchi tezlatkichlar, ya’ni siklotron, fazotron, mikrotron,
betatron va sinxrotronlar bilan batafsil tanishib chiqamiz.
Sinxrosiklotron - siklotrnning modifikatsiya qilingan varianti. Bunda
siklotrondan farqli ravishda tezlashtiruvchi elektr maydon chastotasi zarra aylanish
chatotasining
kamayishiga
mos
ravishda
kamayib
boradi.
Tezlatish jarayonida zarralar barqaror oqimini avtomatik ravishda hosil qilish
avtofazirovka prinsipini 1944 — 1945-yillarda V.I.Veksler (1907 — 1966), Mak-
Millan
(1907-y.t.)
ishlab
chiqishdi.
Zarra aylanish chastotasi kamayishi avval bayon qilinganidek, massasining
relyativistik ortishi va magnit maydonning birmuncha kamayishi sababidan
sinxrosiklotron impuls tarzida ishlaydi, zarralar oqimi intensivligi siklotrondagidan
birmuncha kichik, bu tezlatgich ham ogirr zaryadli zarralar proton, deytron, alfa,
ionlarni 1
GeV
energiyagacha tezlashtiradi.
Sinxrosiklotronda zarra tezlashtiruvchi kamera markazidan chetlarigacha
spiralsimon aylanib boraveradi. Energiyasi ortishi bilan kamera oMchami
ham otrib boradi, kameraning to‘la hajmi magnit qutblari orasidajoylashgan
bo‘ladi, bu esa ko‘p tonnalab temir elementini bo‘lishligini talab etadi,
qurilma tannarxining keskin otrib ketishiga olib keladi.
Sinxrosiklotron fazotron deb ham yuritiladi. Siklik rezonans tezlatkichi
bo’lib, og’ir ionlarni tezlashtiradi. Ishlash prinsipi siklotronnikiga o’xshash bo’lib,
avtofazirovka muhim ro’l o’ynaydi. Elektromagnit qutblarining diametri katta
bo’lib, 6 m ga yetib boradi va tezlashtirilgan zarracha energiyasi ham yetarli
darajada katta bo’ladi. Odatda sinxrotsiklotronning tezlatish sistemasi bitta duantli
qilib tayyorlanadi. 6-rasmda sinxrosiklotronning tezlatish sistemasi aks ettirilgan.
Ikkinchi duant vazifasini yerga ulangan metall ramkasi (1) bajaradi. Ramka va
ikkinchi duant (2) orasida bo’shliq bo’lib (4), bu tezlashtirish maydoni hisoblanadi.
Sinxrosiklotronda kuchlanishning katta qiymati ishlatilmaydi. Yuqori chastotali
kuchlanishning amplituda qiymati 25-30 kV ortmaydi. Duantga berilayotgan
chastotani modilyatsiyalash, yuqori chastota generatorga ulangan o’zgaruvchan
kondensator (3) orqali amalga oshiriladi. Sinxrosiklotronda ion manbasi impuls
rejimida ishlaydi. Tezlashtrilayotgan ionlarning energiyasini oshirish uchun
duantlarga ionlarning aylanish chastotasi kamayib borishiga qarab, chastotasi
kamayadigan kuchlanish qo’yiladi. Bunday tezlatkichlar fazotron yoki
sinxrosiklotron deyiladi va bunday tezlatkichlarda ionlarning energiyasini 800 MeV
va undan ham katta energiyalargacha oshirish mumkin. Siklotronda ionlar deyarli
uzluksiz tezlatiladi, chunki zarralar yuqori chastotali generator tebranish davriga
teng bo’lgan vaqt davomida tezlatiladi. Fazotronda ionlar porsiyasini tezlatishga
to’g’ri keladi, negaki ionlar energiyasi oshishi bilan generator o’z chastotasini
kamaytiradi. Fazotronda proton, deyton va α-zarralar tezlatiladi. Masalan, Yadro
tadqiqotlari birlashgan institutining (Dubna shahri, Rossiya) sinxrosiklotroni
magnitining radiusi 3 m bo’lib, uning massasi 7000 t. Zarralar energiyasi qutbiy
uchlik radiusining kvadratiga proporsional bo’lgani uchun energiyani oshirish uchun
magnitning o’lchamini kattalashtirish kerak. Natijada fazotron magnitining massasi
bir necha ming tonna bo’ladi. Ushbu sinxrosiklotronda protonlar – 680 MeV,
deytronlar – 420 MeV, va α-zarralar – 840 MeV gacha tezlatiladi.
6-rasm. Sinxrosiklotronning tuzilishi
1967-yilda Gatchina shaxrida 1 GeV energiyagacha tezlashtiruvchi
sinxrosiklotron ishga tushirildi. Bu eng katta energiya beruvchi tezlatkich
hisoblanadi. Uning parametrlari 1-jadvadada berilgan.
1. Jadval. Sinxrosiklotronning parametrlari
Kattaliklar
Son qiymati
Proton zarrachasining eng yuqori energiyasi, GeV
1
Kamera ichidagi zarracha oqimining tok kuchi, μA
3
Tashvariga chiqarilgan zarrachalar intensivligi, zarr./sek
5·10
12
Orbita radiusi, m
3.165
Tok impulьsining o’tish davomiyligi, mks
250
Impulslarning takrorlanish chastotasi, Hz
40
Chastotaning o’zgarish sohasi, MHz
13,18-28,88
Tezlatish kuchlanishining amplitudasi, kV
10
Yuqori chastota sistemasining quvvati, kVt
150
|