Энергетические источники ионизирующих излучений

К энергетическим источникам излучений относятся различные ускорители заряженных частиц. Ускорителем в самом общем смысле слова является любая установка, сообщающая кинетическую энергию ионам или электронам. Исходя из этого ускорителем можно назвать электронно-лучевые трубки, рентгеновские трубки, трубки электронного микроскопа и т.д.

Наиболее простой способ ускорения частица с зарядом заключается в том, что частицу заставляют пройти разность потенциалов , в результате чего она приобретает кинетическую энергию Первым таким электростатическим ускорителем является генератор Ван-де-Графа. В этом генераторе электрический заряд наносился на поверхность непроводящей ленты с помощью ряда коронирующих острий, расположенных у основания установки. Затем заряд по движущейся ленте переносился внутрь шарового электрода, где и снимался на его поверхность рядом других острий. Третий ряд острий внутри электрода переносил на ленту заряд противоположного знака. Ускоритель имел два шаровых электрода. Между шарами, заряженными противоположными знаками была достигла разность потенциалов более 1 МВ, которая создавала ускоряющее поле для заряженных частиц.

Линейный ускоритель основан на использовании высокочастотного напряжения, прикладываемого к ряду промежутков, через которые проходят частицы. Частота и время прохождения частицей пути между двумя соседними промежутками связаны таким образом, что в момент прохождения каждого промежутка поле в нем всегда оказывает ускоряющее действие. Напряжение может подводиться с помощью бегущей волны, обладающей соответствующей скоростью. Частицы в процесс ускорения движутся прямолинейно, поэтому ускоритель называется линейным.

Циклотрон. Для получения с помощью линейного ускорителя очень больших энергий потребовались бы трубки колоссальной длины. Если бы удалось осуществить многократное прохождение частицы через одни и те же ускоряющие промежутки, это позволило бы резко сократить размеры установки. Для этого используется магнитные поле, заставляющее частицы двигаться по окружности. С этой целью на ускоряющие электроды подают переменное напряжение. Если частица при первом прохождении промежутка испытывает ускорение, то к моменту следующего прохождения электроды перезарядятся и поле по-прежнему будет ускорять частицу. В результате траектория частицы опишет спираль.

Синхротрон и др. ускорители этого типа работают на основании общей теории, справедливой для циклотронов, из которой заимствована идея многократного сообщения энергии частице, движущейся по приближенно круговой траектории под действием магнитного поля. При этом необходимо иметь в виду, что угловая скорость движения частицы в магнитном поле зависит от энергии.

Максимально достижимая энергия на ускорителях. Конечная энергия частицы зависит от протяженности и индукции магнитного поля

(1.2)

Наибольшее значение импульса следует из формулы

, то есть . (1.3)

Соответствующая полная энергия с учетом энергии покоя

(1.4)

или , так как энергия покоя очень мала по сравнению с полной энергией. Следовательно, максимально достижимая энергия пропорциональна индукции и линейных размеров в первой степени.