Синхротронные колебания. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Синхротронные колебания - колебания энергии и фазы (импульса и фазы, координаты и фазы) ускоряемых частиц при резонансном ускорении в линейных и циклич. ускорителях; в теории циклич. ускорителей наз. также радиалъно-фазовыми колебаниями (под фазой здесь понимается фаза, к-рую имеет ускоряющее ВЧ-поле в момент прихода частиц в ускоряющий промежуток). На С. к. впервые обратили внимание В. И. Векслер и Э. Мак-Миллан (Е. МсМillan), сформулировавшие принцип автофазировки - наличия устойчивого (равновесного) значения фазы при любом стабильном режиме резонансного ускорения в кольцевых ускорителях.

На плоскости

(энергия, фаза) среди обширных областей неустойчивого движения выделяются ограниченные сепаратрисами островки устойчивости, расположенные вокруг равновесных значений

этих величин (индекс s указывает на равновесные - синхронные - значения энергии, импульса, скорости и фазы). Энергия и импульс частиц при ускорении возрастают; поэтому

и p_s являются функциями времени. Равновесная фаза

в зависимости от режима ускорения может либо изменяться, либо оставаться неизменной. Подобные области устойчивости образуются на плоскостях р, и r,

В линейных ускорителях об устойчивости фазового движения приходится специально заботиться, т. к. одноврем. стабильность поперечного (бетатронного) и продольного (синхротронного) движения частиц возникает не при всех ускорит. структурах.

В кольцевых ускорителях характер фазового движения существенно зависит от величины

где

- лоренц-фактор частицы (

- полная энергия частицы, включающая энергию покоя mс²), а

- коэф. расширения орбит (П - периметр орбиты). В ускорителях с

устойчивость С. к. имеет место при любых энергиях. К числу таких ускорителей относятся все ускорители со слабой фокусировкой (см. Фокусировка частиц в ускорителе). В ускорителях с сильной фокусировкой коэф. расширения орбит чаще всего оказывается равным небольшой положит. величине (при обычных структурах магн. системы

, где Q - число бетатронных колебаний на оборот). При увеличении энергии

обращается в нуль, а затем меняет знак. Энергия частиц, при к-рой

обращается в нуль, в отечеств. литературе наз. критической, в английской - переходной энергией (transition energy).

Рис. 1. Синхротронное движение до критической энергии для . Отклонения по импульсу изображены в произвольном масштабе (С - сепаратриса).

Характер С. к. до и после критич. энергии поясняют рис. 1 и 2. На графиках чётко выделяются замкнутые фазовые траектории в области устойчивого движения.

Рис. 2. Синхротронное движение после критической энергии,.

Синхронная фаза и синхронные значения энергии, импульса и скорости v_s определяются темпом ускорения частиц и амплитудой ускоряющего напряжения. Частицы сохраняют своё радиальное положение в кольцевых ускорителях, если выполняется соотношение

где В - магн. индукция поля, R - радиус кривизны траектории, е - заряд частицы. Темп возрастания B(t)при постоянном R задаёт необходимую скорость увеличения импульса, а следовательно, и энергии. С др. стороны, прирост энергии за оборот равен

, где V - суммарное напряжение ускоряющих станций. Т. о. при заданном V определяется значение

и, следовательно, два стационарных значения фазы:

. Одно из них всегда оказывается устойчивым, другое - неустойчивым. В критич. точке устойчивое и неустойчивое значения фазы меняются местами.

С. к. нелинейны. Их принято характеризовать энергетич. (или импульсной) шириной сепаратрисы и частотой малых С. к. w_с:

w₀ - частота обращения частиц, q - кратность частоты ускорения - целое число, равное отношению ускоряющей частоты к частоте обращения.

При критич. энергии частота С. к. обращается в нуль и движение частиц испытывает ряд особенностей: они собираются в узкие сгустки и приобретают большой разброс по энергии. В этой точке фаза ускоряющего напряжения должна быть изменена с

на

Вдали от критич. точки амплитуда колебаний частиц во фазе уменьшается как

Литература по синхротронным колебаниям

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.