Синхротрон

Схематическая строение синхротрона Синхротрон Soleil под Парижем Тэватрон Синхротрон – ускоритель релятивиських заряженных частиц.
Синхротрон сконструирован таким образом, чтобы траектория пучка ускоренных частиц не зависела от их скорости. Поэтому он по внешнему виду напоминает тор. Стабильная траектория возможна только для частиц, предварительно разогнанных до скорости, близкой к скорости света. Для ускорения частиц до релятивистских скоростей в синхротронах основном используются линейные ускорители.
Преимуществом синхротрона над циклотроном является то, что при постоянном радиусе орбиты, магниты, в поле которых заворачиваются заряженные частицы, можно разместить только на периферии, что уменьшает их размеры и массу. Одновременно радиус синхротрона можно сделать гораздо больше.
Радиус траектории заряженных частиц при релятивистских скоростях определяется формулой

,

где R – радиус траектории, что совпадает с радиусом тора синхротрона, v – скорость частицы, – Энергия частицы с массой покоя m, c – скорость света, q – заряд частицы, H – напряженность магнитного поля.
Для того, чтобы радиус оставался неизменным, необходимо при изменять магнитное поле таки образом, чтобы выполнялось соотношение



Синхротроны, в отличие от циклотронов, могут ускорять электроны до энергий в пределах 100 МэВ – 10 ГэВ. Тяжелые частицы, например, протоны можно ускорить до 1 ТэВ. Такой ускоритель под названием Тэватрон, радиусом 6,3 км, был построен в 1983 году в Батавии, штат Иллинойс.
Частицы в синхротроне движутся по кругу, т.е. с ускорением. Заряженные частицы, движущиеся с ускорением излучают электромагнитные волны. Излучения накладывает ограничения на энергию, с которой можно разогнать частицы, но одновременно электромагнитное излучение, которое называют синхротронным излучением, можно использовать. В наше время это стало основным назначением синхротроне. Мощное монохроматическое рентгеновское излучение, которое можно получить в синхротронах, використовуетсья в рентгеноструктурном анализе, для литографии в микроэлектронике и т.д.
Изобретателем циклотрона был Луис Уолтер Альварес.