ОХЛАЖДЕ́НИЕ ПУЧКО́В
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ОХЛАЖДЕ́НИЕ ПУЧКО́В заряженных частиц, уменьшение разброса скоростей относительного движения частиц в пучке (т. е. снижение ср. скорости теплового движения частиц). Для О. п. нужно создать силу, направленную против скорости частиц, имеющих отклонения от равновесной энергии и направления движения осн. пучка, т. е. ввести потери энергии для таких частиц. Методы О. п. подразделяют по видам потерь энергии отклонённой частицы; соответственно выделяют радиационное, ионизационное, электронное, лазерное и стохастич. охлаждение.
Радиационное охлаждение основано на испускании частицами, движущимися в магнитном поле, синхротронного излучения. Пропускание пучка через магнитное поле вызывает его охлаждение за счёт потери энергии на излучение. Для равновесных частиц эти потери компенсируются ускоряющей системой. Частицы с большей энергией теряют больше энергии, чем получают, и замедляются до равновесных, а более медленные частицы получают больше энергии, чем теряют, и соответственно, ускоряются. Этот метод широко применяется в установках на встречных пучках электронов и позитронов для получения пучков с высокой интенсивностью и с малыми поперечными размерами. Позитронов нет в земных условиях, и их создают облучая мишень электронами высокой энергии. При этом позитроны получаются очень «горячими», и для их накопления нужно использовать охлаждение. Тяжёлые частицы излучают мало; для них радиац. охлаждение начинает проявляться только при энергиях в неск. ТэВ (напр., в Большом адронном коллайдере).
При ионизационном охлаждении используются потери энергии частицей при её движении в веществе мишени за счёт столкновения с электронами. Т. к. частицы пучка могут вступать также в ядерное взаимодействие с ядрами вещества мишени, то ионизац. охлаждение планируется применять в осн. к пучкам мюонов – частиц, не вступающих в ядерные взаимодействия.
В 1966 Г. И. Будкер предложил использовать для О. п. вместо вещества мишени пучок холодных электронов, движущийся с той же ср. скоростью, что и более тяжёлые частицы (ионы) осн. пучка (электронное охлаждение). При этом в сопутствующей системе координат происходит теплообмен двух потоков: «горячие» тяжёлые ионы отдают энергию теплового движения лёгким «холодным» электронам. При электронном охлаждении равновесные частицы не теряют энергии, и ср. скорость ионов стремится к ср. скорости электронов. Отсутствие ядерного взаимодействия между двумя потоками позволяет удерживать пучки тяжёлых ионов в течение десятков часов и получать разброс энергии пучка менее 10–6, что соответствует темп-ре ок. 1 К.
При лазерном охлаждении кванты монохроматич. излучения взаимодействуют с электронной оболочкой иона. Лазерное охлаждение позволяет получать разброс энергии, соответствующий темп-ре до тысячных долей кельвина в пучках или атомных ловушках (покоящиеся ионы). Этот метод применяют для создания прецизионных стандартов частоты и времени.
В методе стохастического охлаждения, предложенном С. ван дер Мером, использование широкополосных радиотехнич. систем обратных связей позволяет подавлять колебания каждой из частиц пучка. Стохастич. охлаждение стало основой систем накопления антипротонов, рождающихся в мишени при облучении её протонами высокой энергии.