ТЕГИ
Циклотрон ядерная физика — алхимия нового тысячелетия.
Циклотрон ядерная физика — алхимия нового тысячелетия.
Установка под звучным названием циклотрон прописалась в НИИ ядерной физики с 1959 года. Инициатива сооружения циклотрона принадлежала легендарному ректору политехнического института Александру Воробьеву. Собирать такую установку пришлось собственными руками. Кроме Томска, всего три советских города могли в то время похвастаться наличием циклотронов — Ленинград, Свердловск и Москва. Физический пуск ускорителя заряженных частиц состоялся 6 ноября, именно тогда учёными был получен пучок заряженных частиц на установке.
В процессе работы циклотрона на начальных этапах были модернизированы его основные элементы. Проводились широкомасштабные исследования в области химии и физики, изучались возможности нейтронной терапии для лечения онкологических заболеваний.
Циклотрон имеет несколько каналов, то есть может работать сразу в нескольких направлениях. Одно из них — реальная помощь при целом ряде заболеваний.
По сути, циклотрон — это сбывшаяся мечта алхимиков, которые стремились постичь процесс превращения одного вещества в другое, но, в отличие от средневековых мудрецов, в НИИ ядерной физики не делают золото, а наоборот, используют его для получения ценных фармацевтических препаратов в целях диагностики заболеваний.
Циклотрон — циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.
Простейший циклотрон впервые был построен в 1931 году американскими физиками Э. Лоуренсом и С. Ливингстоном. Энергии частиц в их экспериментах доходили до 1 МэВ.
В циклотроне ускоряемые частицы движутся внутри полости двух чуть раздвинутых полуцилиндров (дуантов), помещенных в вакуумную камеру между полюсами сильного электромагнита. Магнитное поле этого электромагнита искривляет траекторию частиц. Ускорение движущихся частиц происходит в тот момент, когда они оказываются в зазоре между дуантами. В этом месте на них действует электрическое поле, создаваемое электрическим генератором высокой частоты, которая совпадает с частотой обращения частиц внутри циклотрона. При не слишком больших скоростях эта частота не зависит от радиуса окружности и скорости частиц, так что в зазор между дуантами частицы попадают всегда через один и тот же промежуток времени. Получая каждый раз при этом некторое приращение скорости, они продолжают своё движение дальше по окружности всё большего радиуса, и траектория их движения превращается в плоскую раскручивающуюся спираль. На последнем витке этой спирали включается дополнительно отклоняющее поле, и пучок ускоренных частиц выводится наружу.
Недостатком циклотрона является то, что заряженные частицы в нём не могут быть ускорены до больших энергий, так как при высоких скоростях начинает проявляться релятивистская зависимость периода обращения от скорости частиц. С ростом скорости этот период возрастает, и поэтому при каждом очередном попадании в ускоряющий зазор частицы начинают всё больше опаздывать, пока не оказываются в нём тогда, когда существующее в зазоре поле будет их тормозить. Поэтому для получения частиц высоких энергий используют другие, более сложные ускорители, например, электронные синхротроны и синхрофазотроны.
Расчёт условия синхронизации (периода постоянного напряжения, подаваемого на дуанты):
Современный циклотрон, используемый для радиационной терапии.
