Пучок частиц - Particle beam

А пучок частиц это поток заряжен или же нейтральные частицы, во многих случаях двигаясь около скорость света.

Есть разница между созданием и контролем пучки заряженных частиц и пучки нейтральных частиц, поскольку только первым типом можно в достаточной степени управлять с помощью устройств на основе электромагнетизм. Манипуляция и диагностика пучков заряженных частиц при высоких кинетических энергиях с использованием ускорители частиц основные темы физика ускорителя.

Источники

Заряженные частицы Такие как электроны, позитроны, и протоны могут быть отделены от их общего окружения. Это можно сделать, например, термоэлектронная эмиссия или же дуговая разрядка. В качестве источников пучков частиц обычно используются следующие устройства:

Источник ионов
Электронно-лучевая трубка, а точнее в одной из его частей, называемых электронная пушка. Это также часть традиционных телевизионных и компьютерных экранов.
Фотокатоды также может быть встроен как часть электронная пушка, с использованием фотоэлектрический эффект для отделения частиц от их субстрата.^[1]
Нейтрон лучи могут быть созданы энергичными пучки протонов которые воздействуют на цель, например из бериллий материал. (см. статью Терапия частиц )
Взрыв петаваттного лазера на титан фольга для получения пучка протонов.^[2]

Манипуляции

Ускорение

Заряженные лучи могут быть дополнительно ускорены за счет использования сильного резонанса, иногда также сверхпроводящий, СВЧ-резонаторы. Эти устройства ускоряют частицы за счет взаимодействия с электромагнитное поле. Поскольку длина волны полых макроскопических проводящих устройств находится в радиочастота Band, конструкция таких резонаторов и других ВЧ-устройств также является частью физики ускорителей.

В последнее время, плазменное ускорение возникла как возможность ускорять частицы в плазменной среде, используя электромагнитную энергию импульсных мощных лазер систем или кинетической энергии других заряженных частиц. Этот метод находится в стадии активной разработки, но в настоящее время не может обеспечить надежные лучи достаточного качества.

Руководство

Во всех случаях луч управляется дипольными магнитами и фокусируется квадрупольными магнитами. С конечной целью достижения желаемого положения и размера пятна луча в эксперименте.

Приложения

Физика высоких энергий

Пучки частиц высоких энергий используются для физика элементарных частиц эксперименты на больших объектах; наиболее распространенными примерами являются Большой адронный коллайдер и Теватрон.

Синхротронное излучение

Электронные пучки используются в источниках синхротронного света для создания электромагнитного излучения с непрерывным спектром в широкой полосе частот, которое называется синхротронным излучением. Это излучение можно использовать при лучи накопителя синхротрона для различных экспериментов.

Терапия частиц

Пучки энергичных частиц, состоящие из протоны, нейтроны, или положительный ионы (также называется частица микропучки ) также можно использовать для лечения рака в терапии частицами.

Астрофизика

Многие явления в астрофизике приписываются пучкам частиц различного типа, возможно, наиболее знаковым из них является солнечный Радиовспышка типа III, за счет умеренно релятивистского электронного пучка.

Военный

Хотя пучки частиц, пожалуй, наиболее широко используются в качестве оружие направленной энергии системы в научная фантастика, Соединенные штаты. Агентство перспективных исследовательских проектов начал работу над оружие пучка частиц в 1958 г.^[3] Общая идея такого вооружения - поразить целевой объект потоком ускоренных частиц с высокой кинетическая энергия, который затем передается молекулам мишени. Мощность, необходимая для проецирования мощного луча такого типа, превосходит производственные возможности любой стандартной силовой установки поля боя.^[3] таким образом, производство такого оружия в обозримом будущем не ожидается.

Колонизация Марса

Протонные пучки, такие как «лазерные пучки протонов»^[4] может использоваться как способ создания водород для производства воды на планетах, таких как Марс, где водорода мало и кислород относительно богат атмосферой в виде CO₂. В экономике Марса, где первоначальная стоимость воды была бы очень высокой из-за затрат на транспортировку с Земли на Марс, машина, которая может генерировать водород, используя ядерная алхимия Например, преобразование титана в ионы водорода с использованием петаваттных лазеров является экономичным и может быть дешевле и быстрее, чем транспортировка воды с Земли на Марс, если технология будет полностью развита.^[5]