АВТОФАЗИРО́ВКА

АВТОФАЗИРО́ВКА (фа­зо­вая ус­той­чи­вость), воз­ник­но­ве­ние в ре­зо­нанс­ных ус­ко­ри­те­лях фа­зо­вой ус­той­чи­во­сти при взаи­мо­дей­ст­вии за­ря­жен­ных час­тиц с элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми, обес­пе­чи­ва­ю­щей тре­буе­мый при­рост энер­гии час­тиц. Яв­ле­ние от­кры­то в 1944–45 В. И. Векс­ле­ром и не­за­ви­си­мо от не­го Э. М. Мак­мил­ла­ном. В ре­зо­нанс­ных ус­ко­ри­те­лях при­рост энер­гии час­тиц про­ис­хо­дит в ус­ко­ряю­щих эле­мен­тах, со­стоя­щих из на­бо­ра вы­со­ко­час­тот­ных ре­зо­нанс­ных яче­ек, в ко­то­рых с по­мо­щью внеш­них ис­точ­ни­ков син­хрон­но воз­бу­ж­да­ют­ся элек­тро­маг­нит­ные ко­ле­ба­ния оп­ре­де­лён­ной час­то­ты и воз­ни­ка­ет про­доль­ное элек­трич. по­ле, по­пе­ре­мен­но ус­ко­ряю­щее ли­бо тор­мо­зя­щее час­ти­цы. За­ря­жен­ные час­ти­цы ус­ко­ря­ют­ся, ес­ли при оче­ред­ном пе­ре­се­че­нии ре­зо­нанс­ных яче­ек они ка­ж­дый раз ока­зы­ва­ют­ся в фа­зе, сов­па­даю­щей с фа­зой ус­ко­ряю­ще­го по­ля (или очень близ­кой к ней), и по­это­му не­пре­рыв­но уве­ли­чи­ва­ют свою энер­гию. Не­об­хо­ди­мая син­хро­ни­за­ция дос­ти­га­ет­ся под­бо­ром по­сле­до­ва­тель­но­го сме­ще­ния фаз ко­ле­баний в отд. ре­зо­нанс­ных ячей­ках с учё­том дви­же­ния ус­ко­ряе­мых час­тиц. В ли­ней­ных ус­ко­ри­те­лях ре­зо­нанс­ные эле­мен­ты рас­по­ло­же­ны вдоль пря­мой тра­ек­то­рии дви­же­ния час­тиц, в цик­лич. системах – вдоль замк­ну­той ор­би­ты.

В ре­зо­нанс­ных ус­ко­ри­те­лях ре­аль­но ус­ко­ря­ют­ся не оди­ноч­ные час­ти­цы, а сле­дую­щие один за дру­гим сгу­ст­ки час­тиц, в ко­то­рых од­ни час­ти­цы дви­жут­ся пе­ред цен­тром сгу­ст­ка, а другие – за ним. Сле­до­ва­тель­но, час­ти­цы сгу­ст­ка пе­ре­се­ка­ют ре­зо­нанс­ные ячей­ки в разл. мо­мен­ты вре­ме­ни и име­ют разл. фа­зы. Тем не ме­нее все час­ти­цы мо­гут ус­ко­рять­ся, по­сколь­ку они бла­го­да­ря А. мо­гут удер­жи­вать­ся в об­лас­ти не­ко­то­рой рав­но­вес­ной фа­зы по­ля. Для час­тиц син­хро­ни­зо­ван­ные ко­ле­ба­ния в отд. ре­зо­нанс­ных ячей­ках пред­став­ля­ют со­бой вол­ну элек­трич. по­ля, бе­гу­щую вдоль ор­би­ты вме­сте со сгу­ст­ка­ми, раз­де­лён­ны­ми рас­стоя­ния­ми, рав­ны­ми дли­не вол­ны по­ля. Рав­но­вес­ная фа­за ус­ко­ре­ния $φ_0$ (рис.) на­хо­дит­ся в по­ло­жи­тель­ной по­лу­вол­не по­ля. Для ли­ней­ных сис­тем она рас­по­ло­же­на на пе­ред­нем скло­не по­лу­вол­ны. Час­ти­цы с фа­зой $φ_1$, опе­ре­жаю­щие цен­тры сгу­ст­ков, ока­зыва­ют­ся ни­же на скло­не по­лу­вол­ны элек­трич. по­ля. Они на­би­ра­ют энер­гию $еV_0cosφ_1$, мень­шую, чем рав­но­вес­ные час­ти­цы, сни­жа­ют ско­рость дви­же­ния и, т. о., при­бли­жа­ют­ся к рав­но­вес­но­му по­ло­же­нию (здесь $е$ – элек­трич. за­ряд час­ти­цы, $V_0$ – ам­пли­ту­да ус­ко­ряю­ще­го на­пря­же­ния). Час­ти­цы с фа­зой $φ_2$, от­стаю­щие от цен­тра сгу­ст­ка, ока­зы­ва­ют­ся вы­ше на скло­не по­лу­вол­ны и на­би­ра­ют энер­гию $еV_0cosφ_2$, бо́льшую, чем рав­но­вес­ная час­ти­ца, и в ито­ге так­же при­бли­жа­ют­ся к рав­но­вес­но­му по­ло­же­нию. В ре­зуль­та­те все час­ти­цы сгу­ст­ка с фа­зой, близ­кой к рав­но­вес­ной фа­зе $φ_0$, в даль­ней­шем со­вер­ша­ют око­ло неё ус­той­чи­вые фа­зо­вые ко­ле­ба­ния и со­хра­ня­ют­ся в ус­ко­ри­тель­ном цик­ле.

В цик­лич. ус­ко­ри­те­лях ско­рость из­ме­не­ния по­ло­же­ния час­тиц на ор­би­те оп­ре­де­ля­ет­ся час­то­той об­ра­ще­ния час­тиц, ко­то­рая с при­рос­том энер­гии мо­жет ли­бо уве­ли­чи­вать­ся (рав­но­вес­ная фа­за на пе­ред­нем фрон­те по­лу­вол­ны), ли­бо умень­шать­ся (рав­но­вес­ная фа­за на зад­нем фрон­те по­лу­вол­ны). Та­кая си­туа­ция ти­пич­на, напр., для син­хро­тро­нов. А. при­во­дит к про­доль­но­му сжа­тию пуч­ка и умень­ше­нию от­но­сит. не­одно­род­но­сти энер­гии ус­ко­рен­ных час­тиц.