Большой энциклопедический словарь:
АВТОФАЗИРОВКА (фазовая устойчивость) — заключается в том, что в среднем для большой группы ускоряемых частиц высокой энергии (из-за зависимости промежутка времени между последующими ускорениями от полной энергии частицы) автоматически поддерживается синхронизм (резонанс) между движением частиц и ускоряющим электрическим полем.
Большая советская энциклопедия:
Автофазировка
Явление, обеспечивающее ускорение электронов, протонов, альфа-частиц, многозарядных ионов до высоких энергий (от нескольких Мэв до сотен Гэв) в большинстве ускорителей заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц); открыто советским физиком В. И. Векслером в 1944 и независимо от него американским физиком Э. Макмилланом в 1945. Принципиальную роль это явление сыграло в повышении предела достижимых энергий в циклических ускорителях.
В циклических ускорителях частицы совершают движение по орбитам в специальной вакуумной камере, помещенной в магнитное поле, и многократно проходят через ускоряющие электроды. Ускорение частиц происходит под действием высокочастотного электрического поля, приложенного к ускоряющим электродам. Для непрерывного ускорения частиц необходимо, чтобы в моменты ускорения направления движения частицы и электрического поля совпадали; для этого нужно обеспечить синхронизм (резонанс) между движением частиц и изменением электрического поля. Если амплитуда разности потенциалов между электродами равна V0, то приобретаемая частицей с зарядом е энергия Е при каждом прохождении через ускоряющий промежуток равна Е = eV0cos, где ( — фаза электрического поля в момент прохождения частицы, отсчитываемая от его максимального значения. Фазу поля , при которой частица пролетает через ускоряющий промежуток, называют для краткости фазой частицы.
Чтобы частица двигалась синхронно с изменением ускоряющего поля, её частота обращения должна быть равна или кратна частоте 0 электрического поля: 0= q, где q — целое число (кратность резонанса). Тогда частица будет проходить ускоряющие электроды при одном и том же значении фазы и при каждом прохождении получать от поля одну и ту же энергию. Поэтому она будет всё время ускоряться.
Такая ситуация выполняется в Циклотроне — единственном резонансном ускорителе, который существовал до открытия принципа А. В циклотроне частицы движутся в постоянном магнитном поле Н с постоянной частотой обращения = eH/mc (где m — масса частицы, с — скорость света). Поэтому при частоте ускоряющего электрического поля 0 = для всех частиц наблюдается точный резонанс с полем.
Однако при достижении достаточно большой энергии массу m уже нельзя считать постоянной: начинает сказываться эффект увеличения массы частицы с ростом энергии (см. Относительности теория). Возрастание массы приводит к уменьшению частоты обращения и к нарушению резонанса между движением частицы и ускоряющим полем. Частицы перестают получать энергию от электрического поля и выпадают из режима ускорения. Поэтому в обычном циклотроне существует предельная энергия, выше которой ускорение невозможно. Для протонов этот предел энергии составляет примерно 20 Мэв.
Для сохранения резонанса можно, например, медленно снижать частоту 0 ускоряющего поля в соответствии с уменьшением или медленно изменять напряжённость магнитного поля Н, чтобы компенсировать уменьшение частоты (или вместе и то и другое).
Но в ускорителе одновременно ускоряются сотни и тысячи миллиардов частиц, имеющих разброс по энергиям, а значит, и по массам. Следовательно, частицы будут иметь различные частоты обращения . Поэтому невозможно осуществить точный резонанс с ускоряющим полем для движения всего множества ускоряемых частиц. До открытия принципа А. эта трудность казалась непреодолимой.
Векслер и Макмиллан показали, что именно благодаря зависимости частоты обращения частиц от их энергии (массы), приводящей к нарушению точного синхронизма движения частиц с ускоряющим полем, само поле будет автоматически осуществлять для большого количества частиц подстройку синхронизма в среднем. Иными словами, в случае, когда зависит от энергии, ускоряющее поле частоты 0 (которая может и медленно меняться) заставляет частицы двигаться по орбитам с частотами, в среднем равными (или кратными) частоте 0, т. е. реализует резонанс в среднем; при этом фазы частиц колеблются и концентрируются около одной фазы 0 (см. ниже), которая называется синхронной, или равновесной. Это явление и называется А.
Т. о., А. приводит к тому, что частицы в среднем обращаются синхронно с изменением ускоряющего поля: ср = 0.
Рассмотрим, как осуществляется А. в циклическом ускорителе с однородным и постоянным во времени магнитным полем и при q = 1. Частота обращения частиц в таком ускорителе обратно пропорциональна их массе, а следовательно, их полной энергии (равной сумме энергии покоя и кинетической энергии). Синхронная частица (воображаемая частица, которая движется в точном резонансе с ускоряющим полем) будет ускоряться при одной и той же фазе 0 и каждый раз получать энергию eV0 cos 0. Для того чтобы движение частиц по орбитам было устойчивым, т. е. чтобы частицы с фазами 0 не выпадали из режима ускорения, синхронная фаза 0 должна быть положительной — находиться на спаде ускоряющего напряжения (рис. 1). Действительно, частица с меньшей энергией, для которой частота обращения > 0 и которая в некоторый момент движется вместе с синхронной, в дальнейшем будет опережать синхронную, попадать в ускоряющий промежуток раньше и ускоряться при меньшей фазе 1<0. Следовательно, она получит большую энергию: eV0 cos 1 > eV0 cos 0, и её частота начнёт уменьшаться, так что в какой-то момент наступит точный резонанс, = 0. Но этот резонанс является только мгновенным — ведь частица по-прежнему будет получать от поля большую энергию и её частота будет некоторое время продолжать уменьшаться и станет меньше синхронной, < 0. Тогда частица начнёт отставать от синхронной, будет получать меньшую энергию от ускоряющего поля, чем синхронная частица, и её частота станет вновь расти.
Аналогичный процесс происходит и с частицей, отставшей от синхронной и попадающей в ускоряющий промежуток несколько позже, при фазе 2>0. Такая частица будет получать от поля меньшую энергию, её частота начнёт расти, и частица будет догонять синхронную.
Т. о., частоты обращения частиц совершают медленные по сравнению с частотой обращения колебания около значения 0. Соответственно колеблются фазы частиц около значения 0, а средняя их фаза является устойчивой: ср = 0 (отсюда название — фазовая устойчивость, или А.). Поэтому в среднем будет автоматически поддерживаться синхронизм между движением частиц и ускоряющим полем. Одновременно совершают колебания и другие характеристики движения частиц (энергия, радиус орбиты) около их равновесных значений, отвечающих синхронной частице. Эти колебания фазы и связанные с ними колебания радиуса орбиты частиц называются радиально-фазовыми.
А. действует и в линейных резонансных ускорителях протонов, в которых (в отличие от циклических ускорителей) частота прохождения частицей последовательных ускоряющих промежутков (расположенных по прямой линии) прямо пропорциональна скорости её движения, т. е. увеличивается с ростом энергии. Однако устойчивая синхронная фаза в линейных ускорителях отрицательна — лежит на подъёме ускоряющего электрического напряжения (рис. 2). Тогда при пролёте частицей ускоряющего промежутка поле возрастает, так что отстающая частица (с фазой 2>0) получает большую энергию и начинает догонять синхронную частицу, а опережающая (с фазой 1<0) — меньшую энергию и также начинает приближаться к синхронной.
Принцип А. оказал революционизирующее влияние на развитие ускорительной техники. Появилось семейство разнообразных ускорителей, работающих на основе А.: циклические ускорители электронов (Синхротроны) на энергии до 7 Гэв и протонов (Синхрофазотроны, Фазотроны и др.) до энергии 75 Гэв, циклические ускорители с переменной кратностью q (Микротроны), линейные резонансные ускорители протонов на энергии до 70 Мэв. А. отсутствует, когда частота обращения частиц не зависит от их энергии (изохронные циклотроны), а в линейных ускорителях — когда скорость движения частиц приближается к скорости света и практически перестаёт зависеть от энергии (линейные ускорители электронов на энергии выше 10 Мэв).
Об А. в ускорителях со знакопеременной (сильной) фокусировкой см. Ускорители заряженных частиц.
Лит. см. при статье Ускорители заряженных частиц.
М. С. Рабинович.
Рис. 1. Синхронная фаза 0 > 0.
Рис. 2. Синхронная фаза 0< 0.
Орфографический словарь Лопатина:
орф.
автофазировка, -и
Физический энциклопедический словарь:
(фазовая устойчивость), явление устойчивости движения заряж. ч-ц относительно фазы ускоряющего их электрич. поля в резонансных ускорителях (открыто в 1944—45 независимо друг от друга В. И. Векслером и амер. физиком Э. Макмилланом); лежит в основе действия большинства совр. резонансных ускорителей заряж. ч-ц. А. обусловлена зависимостью от энергии ч-ц промежутка времени Т между двумя следующими друг за другом ускорениями. Рассмотрим случай, когда Т растёт с увеличением энергии ? ч-цы (дТ/д?>0). Пусть j0>0, то она приобретёт энергию eV0cosj2
(е — электрич. заряд ч-цы, V0— амплитуда ускоряющего напряжения) меньше равновесной, Т уменьшится, она придёт раньше к ускоряющему промежутку, т. е. фаза её прихода приблизится к равновесной фазе j0. Наоборот, отставшая ч-ца (j2
В циклич. резонансных ускорителях между частотой ускоряющего поля wу, ср. значением магн. индукции и полной релятив. энергией ? ч-цы должно при резонансе соблюдаться соотношение:
где q — целое число (кратность частоты), показывающее во сколько раз wy больше частоты обращения ч-цы w. Механизм А. приводит к тому, что при достаточно медленном изменении во времени wy и <В> энергия ч-ц, находящихся внутри области захвата, автоматически принимает значение, близкое к резонансному, т. е. все эти ч-цы ускоряются.
Аналогично действует механизм А. и в линейных резонансных ускорителях, в к-рых всегда j0<0. А. отсутствует в тех случаях, когда Т не зависит от ?. В циклич. резонансных ускорителях это имеет место в изохронном циклотроне, а в линейных резонансных ускорителях — при релятив. скоростях, когда скорость ч-ц перестаёт практически зависеть от энергии. (см. УСКОРИТЕЛИ).
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020