Линейные ускорители 1 эВ = 1,60·1019 Дж = 1,602·1012 эрг. Наибольший линейный ускоритель работал в гг. в Стэнфорде (США). Он имел длину ~ 3 км и ускорял при помощи ~ 80 тыс. трубок электроны и позитроны до энергии ~50 ГэВ. Рис.1. Линейный резонансный ускоритель

Циклические ускорители Рис. 2. Схема работы циклотрона. Рис. 3. Схема работы синхротрона. Таблица 1. Примеры ускорителей-синхротронов. Циклотрон Синхротрон

Коллайдеры Рис. 4. Схема коллайдера LHC. Данные ускорители строят по следующему принципу: в общей трубке создают два кольца, в каждом из которых частицы укоряются одинаково, но в противоположных направлениях. В этом случае центр масс частиц остается в покое, а полная энергия, которую можно использовать для рождения новых частиц, удваивается. В ускорителе LHC сталкивают протоны с суммарной энергией 14 ТэВ, а также ядра свинца с энергией 2.5 ГэВ на каждый нуклон. Именно по этому принципу построен самый мощный сегодня коллайдер– LHC, находящийся на границе Франции и Швейцарии

Космические лучи Рис. 4 Взаимодействие КЛ в атмосфере Земли Главным источником космических лучей считаются сверхновые звезды – весьма редко наблюдаемые гигантские звездные взрывы, сопровождающиеся выделением огромной энергии, в том числе, в виде ускоренных частиц. Определение состава и характеристик космических лучей позволяет изучать многие важные задачи: Космофизики Космологии Смежных научных направлений

Спектр галактических космических лучей Галактические космические лучи Солнечные космические лучи Поток~ 1 см -2 ·с -1 Во время солнечных вспышек может достигать ~10 6 см -2 ·с -1 Состав 1. Ядерная компонента - ~90% протонов, ~10% ядер гелия, ~1% более тяжелых ядер 2. Электроны (~1% от числа ядер) 3. Позитроны (~10% от числа электронов) 4. Антиадроны <1% 98-99% протоны, ~1.5% ядра гелия Диапазон энергий эВ эВ

Взаимодействие заряженных частиц и ядер с веществом ударная ионизация тормозное излучение упругое рассеяние e e γ

Ионизационные потери энергии Формула 2. Ионизационные потери энергии электронов в веществе Формула 1. Ионизационные потери энергии медленной тяжелой заряженной частицы в веществе Рис. 1. Иллюстрация взаимодействия пролетающей частицы с электронов в атоме Для электронов формула усложнится:

Ионизационные потери энергии Рис. 5. Зависимость ионизационных потерь энергии от импульса мюонов в меди. С ростом энергии частицы (а значит и скорости) энергетические потери очень быстро уменьшаются (~1/υ2, отрезок БВ), но при приближении скорости к скорости света зависимость перестаёт быть падающей. При υ c удельная потеря энергии на ионизацию становится минимальной (В). При дальнейшем увеличении энергии частицы зависимость величины dT/dx становится медленно логарифмически растущей (отрезок ВГ). А начиная с некоторой достаточно большой энергии, рост замедляется и зависимость стремится к плато, что связано с эффектом плотности (отрезок ГД).

Остановка частиц в среде Рис. 6. Зависимость ионизационных потерь энергии от пробега в веществе(Кривая Брэгга). Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробеги тяжёлых частиц измеряют расстоянием по прямой от точки входа частиц в среду до точки их остановки.

Применение ионизационных потерь Лучевая терапия – один из эффективных методов лечения опухолей. Идея метода заключается в облучении этих образований пучком высокоэнергетических заряженных частиц. Лечебный эффект основан на их резком ионизационном торможение в конце своего пробега и передаче значительной части энергии поглощающему веществу. Поражённые клетки как бы «выжигают», в результате чего они погибают.