Betatron

Betatron — siklik zarrachalar tezlatgichining bir turi. Bu asosan ikkilamchi sifatida torus shaklidagi vakuum trubkasi boʻlgan transformatordir . Birlamchi bobinlardagi oʻzgaruvchan tok vakuumdagi elektronlarni dumaloq yoʻl boʻylab tezlashtiradi. Betatron oddiy elektron bilan erishilishi mumkin boʻlgan energiyadan yuqoriroq energiyada elektron nurlarini ishlab chiqarishga qodir boʻlgan birinchi mashina va zarrachalar doimiy radiusda aylanib yuradigan birinchi dumaloq tezlatgich edi.^[1]

Betatron gʻoyasi 1922-yilda Jozef Slepyan tomonidan taklif qilingan edi. 1920- va 30-yillar davomida qurilma bilan bogʻliq bir qator nazariy muammolar bir qator olimlar, jumladan, Rolf Videroe, Ernest Uolton va Maks Stinbek tomonidan koʻrib chiqildi. Birinchi betatron 1940-yilda Illinoys Urbana-Champaign universitetida Donald Kerst tomonidan qurilgan.

Betatron kontseptsiyasi 1922 yilda Jozef Slepyan tomonidan taklif qilingan edi.^[2] 1920 va 30-yillar davomida qurilma bilan bogʻliq bir qator nazariy muammolar olimlar, jumladan, Rolf Videroe,^[3]^[4] Ernest Uolton va Maks Stinbek tomonidan koʻrib chiqildi.^[5] Birinchi ishchi betatron 1940 yilda Illinoys Urbana-Champaign universitetida Donald Kerst tomonidan qurilgan ^[6]^[7]^[8]

Tarix

1800-yillarda Faradayning induksiya qonuni kashf qilingandan soʻng, oʻzgaruvchan magnit maydon tomonidan elektromotor kuch paydo boʻlishi mumkinligini koʻrsatganidan soʻng, bir qancha olimlar bu taʼsir zaryadlangan zarralarni yuqori energiyaga tezlashtirish uchun ishlatilishi mumkinligini taxmin qilishdi. ^[2] Jozef Slepian 1922 yilda oʻzgaruvchan magnit maydon taʼsirida tezlashtirilgan nurni boshqarish uchun doimiy magnitlardan foydalanadigan qurilmani taklif qildi. Biroq, u nazariy bosqichdan oʻtgan gʻoyani davom ettirmadi.

1920-yillarning oxirida Yer magnitlanishi byurosida Gregori Breit va Merle Tuve elektronlarni tezlashtirish uchun turli magnit maydonlaridan foydalangan holda ishlaydigan qurilmani qurdilar. Ularning qurilmasi ikkita solenoid magnitni bir-birining yoniga qoʻydi va magnit maydonning tashqi chetidagi quroldan elektronlarni oʻqqa tutdi. Maydon kattalashgani sayin elektronlar maydon markazidagi nishonga tegish uchun tezlashdi va rentgen nurlarini hosil qildi. Ushbu qurilma zarrachalarni tezlanish tekisligida yoʻnaltirish uchun magnit maydonni shakllantirish orqali betatron kontseptsiyasiga qadam qoʻydi. ^[2]

1929 yilda Rolf Videro barqaror orbitalar uchun Wideroe shartini keltirib, nazariyani rivojlantirishga navbatdagi katta hissa qoʻshdi. U orbita radiusi doimiy boʻlib qolishi uchun radiusdagi maydon magnit maydonidagi oʻrtacha maydonning toʻliq yarmi boʻlishi kerakligini aniqladi. Ushbu tanqidiy hisob tezlatgichlarni ishlab chiqishga imkon berdi, ularda zarralar Breit va Tuve mashinasida boʻlgani kabi ichkariga yoki siklotronga oʻxshab tashqariga emas, balki doimiy radiusda aylanardi.^[9] Wideroe Betatron nazariyasining rivojlanishiga qimmatli hissa qoʻshgan boʻlsa-da, u elektronlar bir yarim martadan koʻproq aylanib yuradigan qurilma qura olmadi, chunki uning qurilmasida nurni toʻgʻrilash mexanizmi yoʻq edi. ^[2]

Videro tajribalari bilan bir vaqtda Ernest Uolton magnit maydondagi elektronlar orbitalarini tahlil qilib, orbita tekisligida radial fokuslangan orbita qurish mumkinligini aniqladi. Bunday orbitadagi zarralar orbital radiusdan bir oz masofaga siljiganida, ularni toʻgʻri radiusga qaytaradigan kuch paydo boʻladi. ^[2] Aylana tezlatgichdagi barqaror orbitadagi bu tebranishlar endi betatron tebranishlari deb ataladi. ^[9]

1935 yilda Maks Steenbek Germaniyada Uoltonning radial fokuslash holatini Breit va Tuve mashinasida qoʻllaniladigan vertikal fokuslash holatini birlashtirgan qurilmaga patent olish uchun ariza berdi. ^[5] Keyinchalik u ishlaydigan mashina qurganini daʼvo qildi, ammo bu daʼvoga qarshi chiqdi.1800-yillarda Faradayning induksiya qonuni kashf qilingandan soʻng, oʻzgaruvchan magnit maydon tomonidan elektromotor kuch paydo boʻlishi mumkinligini koʻrsatganidan soʻng, bir qancha olimlar bu taʼsir zaryadlangan zarralarni yuqori energiyaga tezlashtirish uchun ishlatilishi mumkinligini taxmin qilishdi. Jozef Slepian 1922 yilda oʻzgaruvchan magnit maydon taʼsirida tezlashtirilgan nurni boshqarish uchun doimiy magnitlardan foydalanadigan qurilmani taklif qildi. Biroq, u nazariy bosqichdan oʻtgan gʻoyani davom ettirmadi. ^[2]

Ishchi betatronni qurganligi aniq tan olingan birinchi jamoani Illinoys universitetida Donald Kerst boshqargan. Tezlatgich 1940-yil 15-iyulda qurib bitkazildi ^[7]

Operatsion printsipi

Betatronda birlamchi gʻaltakning oʻzgaruvchan magnit maydoni vakuum torusiga kiritilgan elektronlarni tezlashtiradi, bu esa transformatorning ikkilamchi lasanida oqim paydo boʻlganda (Faraday qonuni) xuddi shu tarzda torus atrofida aylanishiga olib keladi.

Elektronlar uchun barqaror orbita qanoatlantiradi

\theta _{0}=2\pi r_{0}^{2}H_{0},

qayerda

\theta _{0}

elektron orbita bilan oʻralgan maydon ichidagi oqim,

r_{0}

elektron orbitasining radiusi va

H_{0}

da magnit maydon hisoblanadi

r_{0}

.

Boshqacha qilib aytganda, orbitadagi magnit maydon uning dumaloq kesimidagi oʻrtacha magnit maydonning yarmi boʻlishi kerak:

\Leftrightarrow H_{0}={\frac {1}{2}}{\frac {\theta _{0}}{\pi r_{0}^{2}}}.

Bu holat koʻpincha Widerøe holati deb ataladi.^[10]

Etimologiya

"Betatron" nomi (beta zarracha, tezkor elektronga ishora) kafedra tanlovida tanlangan. Boshqa takliflar „reotron“, „induksion tezlatkich“, „induksion elektron tezlatkich“,^[11] va hatto " Außerordentlichehochgeschwindigkeitselektronenentwickelndesschwerarbeitsbeigollitron " ^[12], nemis hamkorining taklifi boʻlgan.^[12]^[13] yoki, ehtimol, „Favqulodda yuqori tezlikli elektron generator, golly-tron tomonidan yuqori energiya.“ ^[14]

Ilovalar

Betatronlar tarixan zarrachalar fizikasi tajribalarida 300 MeV — boʻlgan yuqori energiyali elektron nurlarini taʼminlash uchun ishlatilgan. Agar elektron nur metall plastinkaga yoʻnaltirilgan boʻlsa, betatron sanoat va tibbiyotda qoʻllanishi mumkin boʻlgan energiya rentgen nurlari manbai sifatida ishlatilishi mumkin (tarixiy ravishda radiatsiya onkologiyasida). Betatroning kichik versiyasi, shuningdek, bomba yadrosidagi fotonlar bilan boʻlinish va fotoboʻlinish orqali baʼzi eksperimental yadro qurollarini tezda ishga tushirish uchun qattiq rentgen nurlari manbasini (maqsaddagi elektron nurning sekinlashishi orqali) taʼminlash uchun ishlatilgan. .^[15]^[16]^[17]

Radiatsiya markazi saraton kasalligiga chalingan bemorlarni betatron bilan davolash uchun birinchi xususiy tibbiyot markazini Dr. O. Artur Stiennon 1950-yillarning oxirida Viskonsin shtatining Madison shahri chekkasida.^[18]

Cheklovlar

Betatroning berishi mumkin boʻlgan maksimal energiya temirning toʻyinganligi sababli magnit maydonning kuchi va magnit yadroning amaliy oʻlchami bilan cheklangan. Tezlatgichlarning keyingi avlodi, sinxrotronlar bu cheklovlarni yengib chiqdi.

Manbalar

↑ „Betatron | particle accelerator“ (en). Encyclopedia Britannica. Qaraldi: 2019-yil 24-yanvar.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 Kerst, Donald W. (January 1946). „Historical Development of the Betatron“. Nature. 157-jild, № 3978. 90–95-bet. doi:10.1038/157090a0. ISSN 0028-0836. PMID 21015096.
↑ Wideröe, R. (17 Dec 1928). „Über ein neues Prinzip zur Herstellung hoher Spannungen“. Archiv für Elektrotechnik (nemischa). 21-jild, № 4. 387–406-bet. doi:10.1007/BF01656341.
↑ Dahl, F.. From nuclear transmutation to nuclear fission, 1932-1939. CRC Press, 2002. ISBN 978-0-7503-0865-6.
↑ ^5,0 ^5,1 Steenbeck, Max (1943). „Beschleunigung von Electronen durch elektrische Wirbelfelder“. Die Naturwissenschaften. 31-jild, № S. 234–235-bet. doi:10.1007/BF01482241.
↑ Kerst, D. W. (1940). „Acceleration of Electrons by Magnetic Induction“. Physical Review. 58-jild, № 9. 841-bet. Bibcode:1940PhRv...58..841K. doi:10.1103/PhysRev.58.841.
↑ ^7,0 ^7,1 Kerst, D. W. (1941). „The Acceleration of Electrons by Magnetic Induction“ (PDF). Physical Review. 60-jild, № 1. 47–53-bet. Bibcode:1941PhRv...60...47K. doi:10.1103/PhysRev.60.47.
↑ Kerst, D. W.; Serber, R. (Jul 1941). „Electronic Orbits in the Induction Accelerator“. Physical Review. 60-jild, № 1. 53–58-bet. Bibcode:1941PhRv...60...53K. doi:10.1103/PhysRev.60.53.
↑ ^9,0 ^9,1 Edwards, D. A.. An introduction to the physics of high energy accelerators. New York: Wiley, 1993 — 22–23-bet. ISBN 978-0-471-55163-8.
↑ Wille, Klaus. Particle Accelerator Physics: An Introduction. Oxford University Press, 2001. ISBN 978-0-19-850549-5.
↑ Science Service (1942). „Shall New Machine Be Named Betatron or Rheotron“. The Chemistry Leaflet. 15-jild, № 7–12.
↑ ^12,0 ^12,1 Celia Elliot. „Physics in the 1940s: The Betatron“. Physics Illinois: Time Capsules. University of Illinois. 2012-yil 15-aprelda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2012-yil 13-aprel.
↑ R.A. Kingery „Electrons in Orbit“, . Men and Ideas in Engineering: Twelve Histories from Illinois. Urbana, IL: University of Illinois Press, 1967 — 68-bet.
↑ „The Biggest Betatron in the World“. Life. March 20, 1950. 131-bet.
↑ Big Science: The Growth of Large-Scale Research, ISBN 978-0-8047-1879-0.
↑ Nuclear Weapons Archive, Tumbler shot series, item George.
↑ Nuclear Weapons Archive, Elements of Fission Weapon Design, section 4.1.8.2.
↑ Wisconsin alumnus, Volume 58, Number 15 (July 25, 1957).

Havolalar

UIUCdagi Betatron
Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Aminov Islom tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi.

[1] „Betatron | particle accelerator“ (en). Encyclopedia Britannica. Qaraldi: 2019-yil 24-yanvar.

[kersthistory-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 Kerst, Donald W. (January 1946). „Historical Development of the Betatron“. Nature. 157-jild, № 3978. 90–95-bet. doi:10.1038/157090a0. ISSN 0028-0836. PMID 21015096.

[3] Wideröe, R. (17 Dec 1928). „Über ein neues Prinzip zur Herstellung hoher Spannungen“. Archiv für Elektrotechnik (nemischa). 21-jild, № 4. 387–406-bet. doi:10.1007/BF01656341.

[NTNF-4] Dahl, F.. From nuclear transmutation to nuclear fission, 1932-1939. CRC Press, 2002. ISBN 978-0-7503-0865-6.

[steenbeck-5] 5,0 ^5,1 Steenbeck, Max (1943). „Beschleunigung von Electronen durch elektrische Wirbelfelder“. Die Naturwissenschaften. 31-jild, № S. 234–235-bet. doi:10.1007/BF01482241.

[6] Kerst, D. W. (1940). „Acceleration of Electrons by Magnetic Induction“. Physical Review. 58-jild, № 9. 841-bet. Bibcode:1940PhRv...58..841K. doi:10.1103/PhysRev.58.841.

[kerst1941-7] 7,0 ^7,1 Kerst, D. W. (1941). „The Acceleration of Electrons by Magnetic Induction“ (PDF). Physical Review. 60-jild, № 1. 47–53-bet. Bibcode:1941PhRv...60...47K. doi:10.1103/PhysRev.60.47.

[8] Kerst, D. W.; Serber, R. (Jul 1941). „Electronic Orbits in the Induction Accelerator“. Physical Review. 60-jild, № 1. 53–58-bet. Bibcode:1941PhRv...60...53K. doi:10.1103/PhysRev.60.53.

[edwards-9] 9,0 ^9,1 Edwards, D. A.. An introduction to the physics of high energy accelerators. New York: Wiley, 1993 — 22–23-bet. ISBN 978-0-471-55163-8.

[10] Wille, Klaus. Particle Accelerator Physics: An Introduction. Oxford University Press, 2001. ISBN 978-0-19-850549-5.

[11] Science Service (1942). „Shall New Machine Be Named Betatron or Rheotron“. The Chemistry Leaflet. 15-jild, № 7–12.

[physics.illinois.edu-12] 12,0 ^12,1 Celia Elliot. „Physics in the 1940s: The Betatron“. Physics Illinois: Time Capsules. University of Illinois. 2012-yil 15-aprelda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2012-yil 13-aprel.

[13] R.A. Kingery „Electrons in Orbit“, . Men and Ideas in Engineering: Twelve Histories from Illinois. Urbana, IL: University of Illinois Press, 1967 — 68-bet.

[14] „The Biggest Betatron in the World“. Life. March 20, 1950. 131-bet.

[15] Big Science: The Growth of Large-Scale Research, ISBN 978-0-8047-1879-0.

[16] Nuclear Weapons Archive, Tumbler shot series, item George.

[17] Nuclear Weapons Archive, Elements of Fission Weapon Design, section 4.1.8.2.

[18] Wisconsin alumnus, Volume 58, Number 15 (July 25, 1957).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]