Ziyosfera

Betatron

Иллинойс университетида эрта бетатрон. Керст ўнг томонда, 4 тонналик магнитнинг қутблари орасидаги вакуум камерасини текширмоқда.
Немис 6 МеВ бетатрон (1942)
Мелбурн университетида фотоядровий физика учун ишлатиладиган 35 МеВ бетатрон.

Бетатрон — сиклик заррачалар тезлатгичининг бир тури. Бу асосан иккиламчи сифатида торус шаклидаги вакуум трубкаси бўлган трансформатордир . Бирламчи бобинлардаги ўзгарувчан ток вакуумдаги электронларни думалоқ йўл бўйлаб тезлаштиради. Бетатрон оддий электрон билан эришилиши мумкин бўлган энергиядан юқорироқ энергияда электрон нурларини ишлаб чиқаришга қодир бўлган биринчи машина ва заррачалар доимий радиусда айланиб юрадиган биринчи думалоқ тезлатгич эди.[1]

Бетатрон ғояси 1922-йилда Жозеф Слепян томонидан таклиф қилинган эди. 1920- ва 30-йиллар давомида қурилма билан боғлиқ бир қатор назарий муаммолар бир қатор олимлар, жумладан, Ролф Видероэ, Эрнест Уолтон ва Макс Стинбек томонидан кўриб чиқилди. Биринчи бетатрон 1940-йилда Иллинойс Урбана-Чампаигн университетида Доналд Керст томонидан қурилган.

Бетатрон концепцияси 1922 йилда Жозеф Слепян томонидан таклиф қилинган эди.[2] 1920 ва 30-йиллар давомида қурилма билан боғлиқ бир қатор назарий муаммолар олимлар, жумладан, Ролф Видероэ,[3][4] Эрнест Уолтон ва Макс Стинбек томонидан кўриб чиқилди.[5] Биринчи ишчи бетатрон 1940 йилда Иллинойс Урбана-Чампаигн университетида Доналд Керст томонидан қурилган [6][7][8]

Тарих

1800-йилларда Фарадайнинг индуксия қонуни кашф қилингандан сўнг, ўзгарувчан магнит майдон томонидан электромотор куч пайдо бўлиши мумкинлигини кўрсатганидан сўнг, бир қанча олимлар бу таъсир зарядланган зарраларни юқори энергияга тезлаштириш учун ишлатилиши мумкинлигини тахмин қилишди. [2] Жозеф Слепиан 1922 йилда ўзгарувчан магнит майдон таъсирида тезлаштирилган нурни бошқариш учун доимий магнитлардан фойдаланадиган қурилмани таклиф қилди. Бироқ, у назарий босқичдан ўтган ғояни давом эттирмади.

1920-йилларнинг охирида Ер магнитланиши бюросида Грегори Бреит ва Мерле Туве электронларни тезлаштириш учун турли магнит майдонларидан фойдаланган ҳолда ишлайдиган қурилмани қурдилар. Уларнинг қурилмаси иккита соленоид магнитни бир-бирининг ёнига қўйди ва магнит майдоннинг ташқи четидаги қуролдан электронларни ўққа тутди. Майдон катталашгани сайин электронлар майдон марказидаги нишонга тегиш учун тезлашди ва рентген нурларини ҳосил қилди. Ушбу қурилма заррачаларни тезланиш текислигида йўналтириш учун магнит майдонни шакллантириш орқали бетатрон концепциясига қадам қўйди. [2]

1929 йилда Ролф Видеро барқарор орбиталар учун Wидероэ шартини келтириб, назарияни ривожлантиришга навбатдаги катта ҳисса қўшди. У орбита радиуси доимий бўлиб қолиши учун радиусдаги майдон магнит майдонидаги ўртача майдоннинг тўлиқ ярми бўлиши кераклигини аниқлади. Ушбу танқидий ҳисоб тезлатгичларни ишлаб чиқишга имкон берди, уларда зарралар Бреит ва Туве машинасида бўлгани каби ичкарига ёки сиклотронга ўхшаб ташқарига эмас, балки доимий радиусда айланарди.[9] Wидероэ Бетатрон назариясининг ривожланишига қимматли ҳисса қўшган бўлса-да, у электронлар бир ярим мартадан кўпроқ айланиб юрадиган қурилма қура олмади, чунки унинг қурилмасида нурни тўғрилаш механизми йўқ эди. [2]

Видеро тажрибалари билан бир вақтда Эрнест Уолтон магнит майдондаги электронлар орбиталарини таҳлил қилиб, орбита текислигида радиал фокусланган орбита қуриш мумкинлигини аниқлади. Бундай орбитадаги зарралар орбитал радиусдан бир оз масофага силжиганида, уларни тўғри радиусга қайтарадиган куч пайдо бўлади. [2] Айлана тезлатгичдаги барқарор орбитадаги бу тебранишлар энди бетатрон тебранишлари деб аталади. [9]

1935 йилда Макс Стеэнбек Германияда Уолтоннинг радиал фокуслаш ҳолатини Бреит ва Туве машинасида қўлланиладиган вертикал фокуслаш ҳолатини бирлаштирган қурилмага патент олиш учун ариза берди. [5] Кейинчалик у ишлайдиган машина қурганини даъво қилди, аммо бу даъвога қарши чиқди.1800-йилларда Фарадайнинг индуксия қонуни кашф қилингандан сўнг, ўзгарувчан магнит майдон томонидан электромотор куч пайдо бўлиши мумкинлигини кўрсатганидан сўнг, бир қанча олимлар бу таъсир зарядланган зарраларни юқори энергияга тезлаштириш учун ишлатилиши мумкинлигини тахмин қилишди. Жозеф Слепиан 1922 йилда ўзгарувчан магнит майдон таъсирида тезлаштирилган нурни бошқариш учун доимий магнитлардан фойдаланадиган қурилмани таклиф қилди. Бироқ, у назарий босқичдан ўтган ғояни давом эттирмади. [2]

Ишчи бетатронни қурганлиги аниқ тан олинган биринчи жамоани Иллинойс университетида Доналд Керст бошқарган. Тезлатгич 1940-йил 15-июлда қуриб битказилди [7]

Операцион принципи

Бетатронда бирламчи ғалтакнинг ўзгарувчан магнит майдони вакуум торусига киритилган электронларни тезлаштиради, бу эса трансформаторнинг иккиламчи ласанида оқим пайдо бўлганда (Фарадай қонуни) худди шу тарзда торус атрофида айланишига олиб келади.

Электронлар учун барқарор орбита қаноатлантиради

θ0=2πр02Ҳ0,{\дисплайстйле \тҳета_0 = 2 \пи р_0^2 Ҳ_0,}

қаерда

θ0{\дисплайстйле \тҳета_0} электрон орбита билан ўралган майдон ичидаги оқим,
р0{\дисплайстйле р_0} электрон орбитасининг радиуси ва
Ҳ0{\дисплайстйле Ҳ_0} да магнит майдон ҳисобланади р0{\дисплайстйле р_0} .

Бошқача қилиб айтганда, орбитадаги магнит майдон унинг думалоқ кесимидаги ўртача магнит майдоннинг ярми бўлиши керак:

⇔Ҳ0=12θ0πр02.{\дисплайстйле \Лефтригҳтарроw Ҳ_0 = \фраc{1}{2} \фраc{\тҳета_0}{\пи р_0^2}.}

Бу ҳолат кўпинча Wидерøэ ҳолати деб аталади.[10]

Этимология

"Бетатрон" номи (бета заррача, тезкор электронга ишора) кафедра танловида танланган. Бошқа таклифлар „реотрон“, „индуксион тезлаткич“, „индуксион электрон тезлаткич“,[11] ва ҳатто " Ауßэрордентличеҳочгесчwиндигкеицелектроненентwиcкелндессчwерарбеицбеиголлитрон " [12], немис ҳамкорининг таклифи бўлган.[12][13] ёки, эҳтимол, „Фавқулодда юқори тезликли электрон генератор, голлй-трон томонидан юқори энергия.“ [14]

Иловалар

Бетатронлар тарихан заррачалар физикаси тажрибаларида 300 МеВ — бўлган юқори энергияли электрон нурларини таъминлаш учун ишлатилган. Агар электрон нур металл пластинкага йўналтирилган бўлса, бетатрон саноат ва тиббиётда қўлланиши мумкин бўлган энергия рентген нурлари манбаи сифатида ишлатилиши мумкин (тарихий равишда радиация онкологиясида). Бетатронинг кичик версияси, шунингдек, бомба ядросидаги фотонлар билан бўлиниш ва фотобўлиниш орқали баъзи экспериментал ядро қуролларини тезда ишга тушириш учун қаттиқ рентген нурлари манбасини (мақсаддаги электрон нурнинг секинлашиши орқали) таъминлаш учун ишлатилган. .[15][16][17]

Радиация маркази саратон касаллигига чалинган беморларни бетатрон билан даволаш учун биринчи хусусий тиббиёт марказини Др. О. Артур Стиэннон 1950-йилларнинг охирида Висконсин штатининг Мадисон шаҳри чеккасида.[18]

Чекловлар

Бетатронинг бериши мумкин бўлган максимал энергия темирнинг тўйинганлиги сабабли магнит майдоннинг кучи ва магнит ядронинг амалий ўлчами билан чекланган. Тезлатгичларнинг кейинги авлоди, синхротронлар бу чекловларни енгиб чиқди.

Манбалар

  1. ↑ „Бетатрон | партиcле аccелератор“ (эн). Энcйcлопедиа Британниcа. Қаралди: 2019-йил 24-январ.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Керст, Доналд W. (Жануарй 1946). „Ҳисториcал Девелопмент оф тҳе Бетатрон“. Натуре. 157-жилд, № 3978. 90–95-бет. дои:10.1038/157090а0. ИССН 0028-0836. ПМИД 21015096.
  3. ↑ Wидерöэ, Р. (17 Деc 1928). „Üбер эин неуэс Принзип зур Ҳерстеллунг ҳоҳер Спаннунген“. Арчив фüр Электротечник (немисча). 21-жилд, № 4. 387–406-бет. дои:10.1007/БФ01656341.
  4. ↑ Даҳл, Ф.. Фром нуcлеар трансмутатион то нуcлеар фиссион, 1932-1939. CРC Пресс, 2002. ИСБН 978-0-7503-0865-6. 
  5. ↑ 5,0 5,1 Стеэнбеcк, Мах (1943). „Бесчлеунигунг вон Элеcтронен дурч электрисче Wирбелфелдер“. Диэ Натурwиссенсчафтен. 31-жилд, № С. 234–235-бет. дои:10.1007/БФ01482241.
  6. ↑ Керст, Д. W. (1940). „Аccелератион оф Элеcтронс бй Магнетиc Индуcтион“. Пҳйсиcал Ревиэw. 58-жилд, № 9. 841-бет. Бибcоде:1940ПҳРв...58..841К. дои:10.1103/ПҳйсРев.58.841.
  7. ↑ 7,0 7,1 Керст, Д. W. (1941). „Тҳе Аccелератион оф Элеcтронс бй Магнетиc Индуcтион“ (ПДФ). Пҳйсиcал Ревиэw. 60-жилд, № 1. 47–53-бет. Бибcоде:1941ПҳРв...60...47К. дои:10.1103/ПҳйсРев.60.47.
  8. ↑ Керст, Д. W.; Сербер, Р. (Жул 1941). „Элеcтрониc Орбиц ин тҳе Индуcтион Аccелератор“. Пҳйсиcал Ревиэw. 60-жилд, № 1. 53–58-бет. Бибcоде:1941ПҳРв...60...53К. дои:10.1103/ПҳйсРев.60.53.
  9. ↑ 9,0 9,1 Эдwардс, Д. А.. Ан интродуcтион то тҳе пҳйсиcс оф ҳигҳ энергй аccелераторс. Неw Ёрк: Wилей, 1993 — 22–23-бет. ИСБН 978-0-471-55163-8. 
  10. ↑ Wилле, Клаус. Партиcле Аccелератор Пҳйсиcс: Ан Интродуcтион. Охфорд Университй Пресс, 2001. ИСБН 978-0-19-850549-5. 
  11. ↑ Сcиэнcе Сервиcе (1942). „Шалл Неw Мачине Бе Намед Бетатрон ор Рҳеотрон“. Тҳе Чемистрй Леафлет. 15-жилд, № 7–12.
  12. ↑ 12,0 12,1 Cелиа Эллиот. „Пҳйсиcс ин тҳе 1940с: Тҳе Бетатрон“. Пҳйсиcс Иллиноис: Тиме Cапсулес. Университй оф Иллиноис. 2012-йил 15-апрелда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2012-йил 13-апрел.
  13. ↑ Р.А. Кингерй „Элеcтронс ин Орбит“, . Мен анд Идеас ин Энгинеэринг: Тwелве Ҳисториэс фром Иллиноис. Урбана, ИЛ: Университй оф Иллиноис Пресс, 1967 — 68-бет. 
  14. ↑ „Тҳе Биггест Бетатрон ин тҳе Wорлд“. Лифе. Марч 20, 1950. 131-бет.
  15. ↑ Биг Сcиэнcе: Тҳе Гроwтҳ оф Ларге-Сcале Ресеарч, ИСБН 978-0-8047-1879-0.
  16. ↑ Нуcлеар Wеапонс Арчиве, Тумблер шот сериэс, итем Георге.
  17. ↑ Нуcлеар Wеапонс Арчиве, Элеменц оф Фиссион Wеапон Десигн, сеcтион 4.1.8.2.
  18. ↑ Wисcонсин алумнус, Волуме 58, Нумбер 15 (Жулй 25, 1957).

Ҳаволалар

Викиомборда „Бетатрон“ мавзуси бўйича медиафайллар бор. 
"https://new.ziyosfera.uz/ziyo/19914441" dan olindi