Пучок заряженных частиц

Пространственно локализованная группа электрически заряженных частиц, движущихся в одном направлении

Пучок заряженных частиц — это пространственно локализованная группа электрически заряженных частиц , которые имеют приблизительно одинаковое положение , кинетическую энергию (что приводит к одинаковой скорости ) и направление. Кинетическая энергия частиц намного больше энергии частиц при температуре окружающей среды . Высокая энергия и направленность пучков заряженных частиц делают их полезными для многих приложений в физике частиц (см. Пучок частиц#Приложения и Технология электронно-лучевых частиц ).

Такие балки можно разделить на два основных класса:

1. Несгруппированные пучки ( выбеговые пучки ^[1] или пучки постоянного тока ), которые не имеют продольной подструктуры в направлении движения пучка.
2. сгруппированные пучки , в которых частицы распределяются в импульсы (пучки) частиц. Сгруппированные пучки наиболее распространены в современных установках, поскольку большинство современных ускорителей частиц требуют сгруппированных пучков для ускорения. ^[2]

Предполагая нормальное распределение положений частиц и импульсов, пучок заряженных частиц (или сгусток пучка) характеризуется ^[3]

• вид частиц, например , электроны , протоны или атомные ядра
• средняя энергия частиц, часто выражаемая в электронвольтах (обычно от кэВ до ГэВ)
• (средний) ток частиц, часто выражаемый в амперах
• размер пучка частиц, часто с использованием так называемой β-функции
• эмиттанс пучка — мера площади, занимаемой пучком в одном из нескольких фазовых пространств .

Эти параметры могут быть выражены различными способами. Например, ток и размер пучка можно объединить в плотность тока , а ток и энергию (или напряжение пучка V) можно объединить в первеанс K = I V ^−3/2 .

Пучки заряженных частиц , которыми можно манипулировать в ускорителях частиц, можно разделить на электронные пучки , ионные пучки и протонные пучки .

Распространенные типы

• Электронный пучок, или катодный луч , например, в сканирующем электронном микроскопе или в ускорителях, таких как Большой электрон-позитронный коллайдер , или в источниках синхротронного света .
• Протонный пучок, например, пучок, используемый в протонной терапии , на коллайдерах, таких как Тэватрон и Большой адронный коллайдер , или для записи протонным пучком в литографии.
• Ионные пучки , такие как на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов или на установке для пучков редких изотопов .

Ссылки

1. Ruggiero, F; Thomashausen, J (июнь 2005 г.), CERN Accelerator School: Basic Course On General Accelerator Physics, стр. 296, doi :10.5170/CERN-2005-004, CERN-2005-004 , получено 14 ноября 2017 г.
2. Эдвардс, DA; Сайферс, MJ (1993). Введение в физику ускорителей высоких энергий . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. ISBN 9780471551638.
3. Хамфрис, Стэнли (1990). Пучки заряженных частиц (PDF) . Нью-Йорк: Wiley-Interscience . ISBN 9780471600145.