микротрон

МИКРОТРОН (от греч. mikros - малый и ...трон) - циклич. резонансный ускоритель электронов с постоянным во времени ведущим магн. полем и пост, частотой ускоряющего СВЧ-поля. В классич. M. траектории ускоренных электронов составлены из ряда возрастающих по радиусу окружностей, соприкасающихся в общей точке, в к-рой расположена ускоряющая структура.

Принцип действия M. предложен в 1944 В. И. Векслером одновременно с описанием открытого им явления автофазировки частиц в резонансных ускорителях. Условие синхронизма для движущихся по разным орбитам электронов в M. состоит в том, что длина последоват. орбит отличается на целое число длин волн ускоряющего СВЧ-поля; поэтому M. часто наз. ускорителем с переменной кратностью.

В классич. M. (рис., а) электроны ускоряются в СВЧ-резонаторе, расположенном между полюсами пост, электромагнита (магн. диполя). Ввиду малой величины области фазовой устойчивости ускоренный пучок в M. имеет небольшой эпергетич. разброс. Поперечная устойчивость движения частиц обеспечивается совместным действием ведущего магн. поля и ускоряющего СВЧ-поля резонатора.

Предельные значения энергии для классич. M. определяются точностью, с к-рой удаётся воспроизвести магн. поле, и составляют ~30 МэВ при токах до 100 мА в импульсе. Коэф. заполнения пучком (отношение длительности импульса к интервалу между импульсами) определяется возможностями используемых СВЧ-генераторов и обычно лежит в пределах 10^-3- 10^-4. Благодаря простоте конструкции и эксплуатации, а также хорошим качествам ускоренного пучка (высокая монохроматичность, малый поперечный эмиттанс)классич. M. широко применяются в ядерной физике, медицине, дефектоскопии, радиац. физике, а также в качестве инжекторов релятивистских электронов для синхротронов.

Схематическое изображение электронных рециркуляторов, основанных на миротронном принципе ускорения: a - классический микротрон; б - разрезной микротрон; в - двухсторонний микротрон, или квадрутрон; г - гексатрон; 1 - ускоряющий элемент; 2 - магнитный диполь.

С кон. 70-х гг., в осн. в связи с актуальностью проблемы создания интенсивных электронных пучков высоких энергий непрерывного действия, начали применяться M. т. н. политропного типа, в к-рых для формирования замкнутых орбит ц обеспечения условия синхронизма используется неск. поворотных магн. диполей и ускоряющих СВЧ-структур, в т. ч. сверхпроводящих.

Простейший ускоритель этого типа - разрезной M., или М--рейстрек (рис., б), состоит из ускоряющей СВЧ-структуры и двух 180°-х зеркально-симметричных магн. диполей. В свободных от магн. полей участках орбит размещаются ускоряющие, фокусирующие, корректирующие и диагпостич. элементы ускорителя. Разрезные M. с импульсными пучками получили распространение в качестве инжекторов электронов для накопит, колец. Предельные энергии, достижимые в таких разрезных M., лежат в интервале 800-1000 МэВ. В политронах высших порядков-квадрутроне, или двухстороннем M. (рис., в), гексатроне (рис., г), октутроне и т. д.- используется по неск. элементов периодичности, каждый из к-рых включает ускоряющую СВЧ-структуру и два зеркально-симметричных участка магн. ноля сегментного типа, обеспечивающих (совместно с фокусирующими элементами) ахроматический (т. е. не зависящий от энергии) перенос пучка между ускоряющими структурами.

Ускорители политронного типа дают значит, выигрыш в весе и стоимости магн. диполей, а также выгодно отличаются от обычных M. шириной области фазовой стабильности. На основе использования политронов проектируются каскадные ускорит, комплексы для получения непрерывных электронных пучков с энергиями до 4-5 ГэВ и ср. токами до 300 мкА. Рост фазового объёма пучка из-за квантовых флуктуации синхротронного излучения электронов является осн. фактором, ограничивающим достижимые в политронах энергии.

Лит.: Капица С. П., Mелехин В. H., Микротрон, M., 1969; Rand R. E., Recirculating electron accelerators, P.- [а. о.], 1984. К. А. Беловинцев.

   <<      Предметный указатель      >>