КОЛЛЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ УСКОРЕНИЯ

Заряженных ч-ц, ускорение заряж. ч-ц в электрич. поле, к-рое создаётся коллективным воздействием ансамбля ускоряемых и посторонних ч-ц. Эти методы ускорения отличаются от обычных, применяемых в «классич.» ускорителях, где ускоряющее поле создаётся внеш. генератором. Идея К. м. у. восходит к В. И. Векслеру (1956). Суть К. м. у. состоит в том, что образованный тем или иным способом движущийся плотный сгусток эл-нов увлекает своим электрич. полем положит. ч-цы (протоны, ионы), сообщая им энергию, превышающую энергию эл-нов. Конечная энергия ионов во столько раз больше энергии эл-нов того же сгустка, во сколько раз масса иона больше массы эл-на; если ускоряются протоны, то это отношение равно 1836. Предложено свыше 10 схем К. м. у., отличающихся прежде всего способом создания движущихся сгустков релятив. эл-нов. Все они находятся в стадии разработки, наиб. разработанные из них описаны ниже.

Ускорение ионов интенсивным релятивистским электронным пучком.

Пучок эл-нов, попадая в разреж. газ и ионизуя его, ускоряет часть ионов газа до энергий, значительно превышающих энергию эл-нов. Механизм ускорения окончательно пока не выяснен, предполагается, что ионы увлекаются электронным сгущением, образующимся на фронте пучка. Входящий в газ пучок тормозится собств. кулоновским полем, его передние ч-цы (фронт) замедляются, образуя более плотный сгусток. Происходящая под влиянием эл-нов ионизация газа постепенно нейтрализует «хвост» электронного пучка, его тормозящее действие ослабляется, и «голова» пучка всё время продвигается вперёд со скоростью, определяемой скоростью нейтрализации, увлекая за собой ионы газа. Т. о., электронный сгусток движется со скоростями, зависящими от времени ионизации. Положительно заряж. ионы, попавшие в начальный момент в уплотнённую часть электронного пучка, удерживаются отрицательно заряж. эл-нами и движутся вместе с таким скачком плотности вдоль трубки с той же скоростью, а следовательно (из-за их большой массы), обладают во много раз большей энергией, чем эл-ны. Разработаны способы управления скоростью движения фронта ионизации, что явл. решающим для этого метода.

Авторезонансный метод ускорения в интенсивном релятив. электронном пучке.

Состоит в использовании для ускорения ионов электрич. поля волн плотности заряда, бегущих в электронном пучке, находящемся в магн. поле (идея, экспериментально ещё не подтверждена).

Принцип автоускорения

Основан на перераспределении энергии между ч-цами сгустка. При вз-ствии интенсивного сгустка ускоряемых ч-ц с окружающей средой одни ч-цы сгустка могут отдавать энергию среде, а другие получать от неё эту же энергию и ускоряться. Принцип автоускорения проверен экспериментально на резонансных структурах типов радиоволновода, объёмного резонатора. Он позволяет в неск. раз увеличить энергию интенсивного сгустка ч-ц.

Плазменный метод ускорения

Заключается в применении для ускорения ионов электрич. поля волн в плазме. При прохождении мощных электронных пучков сквозь плазму создаются условия, при к-рых часть энергии пучка расходуется на создание плазм. волны. Чтобы обеспечить регулярность этой волны, используется предварит. небольшая модуляция электронного пучка внеш. эл.-магн. полем. Изменяя частоту и фазу модуляции, а также плотность плазмы, можно управлять возникающей волной и сделать её пригодной для ускорения ч-ц. Осн. трудность метода состоит в эфф. возбуждении устойчивой сильной плазменной волны, имеющей требуемые для захвата и ускорения ч-ц параметры.

Ускорение ионов электронными кольцами (Векслер, 1967).

В релятив. электронных токовых кольцах, в к-рые вводятся положит. ионы, кулоновское расталкивание эл-нов почти полностью компенсируется взаимным притяжением параллельных нитей тока, так что для устойчивости кольца достаточна небольшая дополнит. фокусирующая сила (внеш. фокусирующее поле или небольшая примесь положит. ионов).

Упрощённая схема ускорителя с токовыми кольцами: 1 — электронное кольцо, первоначально образованное в магн. поле H; 2 — сжатое кольцо, удерживающее ионы; 3 — кольцо, ускоряемое электрич. полем вместе с «захваченными» ионами; 4 — вакуумная камера; 5 — ускорит. трубка (волновод).

Сами же ионы будут удерживаться в кольце сильным кулоновским полем интенсивного кольца и при движении кольца увлекаться им, что создаёт возможность их ускорения. Этот вариант коллективного ускорения ионов имеет наибольшее практич. значение. В ОИЯИ (Дубна) впервые реализовано ускорение тяжёлых ионов токовыми кольцами. Интенсивный электронный пучок из линейного ускорителя «свёртывается» магн. полем в кольцо, затем благодаря сильному увеличению магн. поля это кольцо сжимается, становясь более плотным, в него вводятся ионы (образующиеся обычно за счёт ионизации газа в камере), после чего кольцо ускоряется перпендикулярно его плоскости (внеш. электрич. полем или выталкиванием из сильного магн. поля), увлекая с собой ионы и ускоряя их (рис.).