Дипольный магнит — простейший тип магнита . Он имеет два полюса: один северный и один южный. Его магнитные силовые линии образуют простые замкнутые петли, которые выходят из северного полюса, снова входят в южный полюс, а затем проходят через тело магнита. Простейшим примером дипольного магнита является стержневой магнит . [1]
В ускорителях частиц дипольный магнит — это электромагнит, используемый для создания однородного магнитного поля на некотором расстоянии. Движение частиц в этом поле будет круговым в плоскости, перпендикулярной полю и коллинеарным направлению движения частиц, и свободным в направлении, ортогональном ему. Таким образом, частица, инжектированная в дипольный магнит, будет двигаться по круговой или винтовой траектории. При добавлении нескольких дипольных секций в той же плоскости изгибающий радиальный эффект пучка увеличивается.
В физике ускорителей дипольные магниты используются для реализации изгибов в проектной траектории (или «орбите») частиц, как в круговых ускорителях. Другие применения включают:
Силу, действующую на заряженную частицу в ускорителе частиц со стороны дипольного магнита, можно описать законом силы Лоренца , где заряженная частица испытывает силу
(в единицах СИ ). В случае дипольного магнита ускорителя частиц пучок заряженных частиц изгибается посредством векторного произведения скорости частицы и вектора магнитного поля, причем направление также зависит от заряда частицы.
Величина силы, которая может быть приложена к заряженной частице дипольным магнитом, является одним из ограничивающих факторов для современных синхротронных и циклотронных ускорителей протонов и ионов. По мере увеличения энергии ускоренных частиц им требуется больше силы для изменения направления и требуются большие поля B для управления. Ограничения на величину поля B , которое может быть создано с помощью современных дипольных электромагнитов, требуют увеличения размера синхротронов/циклотронов (тем самым увеличивая количество используемых дипольных магнитов) для компенсации увеличения скорости частиц. В крупнейшем современном синхротроне, Большом адронном коллайдере , имеется 1232 основных дипольных магнита, используемых для изгибания пути пучка частиц, каждый из которых весит 35 метрических тонн. [2]
Другие применения дипольных магнитов для отклонения движущихся частиц включают измерение массы изотопов в масс-спектрометрии и измерение импульса частиц в физике элементарных частиц .
Такие магниты также используются в традиционных телевизорах, которые содержат электронно-лучевую трубку , которая по сути является небольшим ускорителем частиц . Их магниты называются отклоняющими катушками . Магниты перемещают одну точку на экране телевизионной трубки контролируемым образом по всему экрану.
Медиа, связанные с дипольным магнитом на Wikimedia Commons