Пучок частиц — это поток заряженных или нейтральных частиц . В ускорителях частиц эти частицы могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света . Существует разница между созданием и управлением пучками заряженных частиц и пучками нейтральных частиц, поскольку только первый тип может быть в достаточной степени управляем с помощью устройств, основанных на электромагнетизме . Манипулирование и диагностика пучков заряженных частиц при высоких кинетических энергиях с использованием ускорителей частиц являются основными темами физики ускорителей .
Заряженные частицы, такие как электроны , позитроны и протоны, могут быть отделены от их общего окружения. Это может быть достигнуто, например, с помощью термоионной эмиссии или дугового разряда . Следующие устройства обычно используются в качестве источников пучков частиц:
Заряженные пучки могут быть дополнительно ускорены с помощью высокорезонансных, иногда также сверхпроводящих , микроволновых полостей . Эти устройства ускоряют частицы путем взаимодействия с электромагнитным полем . Поскольку длина волны полых макроскопических, проводящих устройств находится в радиочастотном (РЧ) диапазоне, конструкция таких полостей и других РЧ-устройств также является частью физики ускорителей.
Совсем недавно плазменное ускорение стало возможностью ускорять частицы в плазменной среде, используя электромагнитную энергию импульсных мощных лазерных систем или кинетическую энергию других заряженных частиц. Эта технология находится в стадии активной разработки, но в настоящее время не может обеспечить надежные пучки достаточного качества.
Во всех случаях луч направляется дипольными магнитами и фокусируется квадрупольными магнитами . С конечной целью достижения желаемого положения и размера пятна луча в эксперименте.
Высокоэнергетические пучки частиц используются для экспериментов по физике элементарных частиц на крупных установках; наиболее распространенными примерами являются Большой адронный коллайдер и Теватрон .
Электронные пучки используются в источниках синхротронного света для получения рентгеновского излучения с непрерывным спектром в широком диапазоне частот , которое называется синхротронным излучением . Это рентгеновское излучение используется на каналах синхротронных источников света для различных спектроскопий ( XAS , XANES , EXAFS , μ -XRF , μ -XRD ) с целью исследования и характеристики структуры и химического состава твердых тел и биологических материалов.
Энергетические пучки частиц, состоящие из протонов , нейтронов или положительных ионов (также называемые микропучками частиц ), также могут использоваться для лечения рака в терапии частицами.
Многие явления в астрофизике приписываются пучкам частиц различных видов. [3] Солнечные радиовсплески III типа, наиболее распространенные импульсные радиосигналы от Солнца, используются учеными в качестве инструмента для лучшего понимания солнечных ускоренных электронных пучков. [4]
Агентство перспективных исследовательских проектов США начало работу над оружием на основе пучка частиц в 1958 году. [5] Общая идея такого оружия заключается в том, чтобы поразить целевой объект потоком ускоренных частиц с высокой кинетической энергией , которая затем передается атомам или молекулам цели. Мощность, необходимая для проецирования мощного луча такого рода, превосходит производственные возможности любой стандартной боевой силовой установки, [5] поэтому такое оружие не планируется производить в обозримом будущем.