Физическая энциклопедия

АВТОФАЗИРОВКА


(фазовая устойчивость), явление устойчивости движения заряж. ч-ц относительно фазы ускоряющего их электрич. поля в резонансных ускорителях (открыто в 1944—45 независимо друг от друга В. И. Векслером и амер. физиком Э. Макмилланом); лежит в основе действия большинства совр. резонансных ускорителей заряж. ч-ц. А. обусловлена зависимостью от энергии ч-ц промежутка времени Т между двумя следующими друг за другом ускорениями. Рассмотрим случай, когда Т растёт с увеличением энергии ? ч-цы (дТ/д?>0). Пустьфаза поля в ускоряющем зазоре («равновесная фаза»), попадая в к-рую ч-ца будет точно двигаться в резонанс с ускоряющим полем (рис., а). Если ч-ца попадёт в фазу j2>j0>0, то она приобретёт энергию eV0cosj2
(е — электрич. заряд ч-цы, V0— амплитуда ускоряющего напряжения) меньше равновесной, Т уменьшится, она придёт раньше к ускоряющему промежутку, т. е. фаза её прихода приблизится к равновесной фазе j0. Наоборот, отставшая ч-ца (j2колебания около j0. Благодаря такому механизму устойчивости все ч-цы, находящиеся в области захвата, будут, колеблясь около этой точки, набирать в ср.такую же энергию, что и «равновесная ч-ца», попавшая в фазу j0, т. е. будут ускоряться. Аналогично можно убедиться, что вторая равновесная фаза —j0 (рис., б), также обеспечивающая требуемый резонансный прирост энергии, явл. неустойчивой — малые отклонения от неё приводят к дальнейшему уходу ч-ц от этой фазы. Если, наоборот, период Т уменьшается с увеличением энергии, то устойчивой оказывается левая фаза -j0, а правая фаза +j0— неустойчивой.
В циклич. резонансных ускорителях между частотой ускоряющего поля wу, ср. значением магн. индукциии полной релятив. энергией ? ч-цы должно при резонансе соблюдаться соотношение:
где q — целое число (кратность частоты), показывающее во сколько раз wy больше частоты обращения ч-цы w. Механизм А. приводит к тому, что при достаточно медленном изменении во времени wy и энергия ч-ц, находящихся внутри области захвата, автоматически принимает значение, близкое к резонансному, т. е. все эти ч-цы ускоряются.
Аналогично действует механизм А. и в линейных резонансных ускорителях, в к-рых всегда j0<0. А. отсутствует в тех случаях, когда Т не зависит от ?. В циклич. резонансных ускорителях это имеет место в изохронном циклотроне, а в линейных резонансных ускорителях — при релятив. скоростях, когда скорость ч-ц перестаёт практически зависеть от энергии. (см. УСКОРИТЕЛИ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

АВТОФАЗИРОВКА

(фазовая устойчивость) - явление устойчивости движения частиц в продольном (вдоль орбиты) направлении в резонансных ускорителях, обусловленное зависимостью промежутка времениТмежду последующими ускорениями от полной энергии частицы. Открыто в 1944-45 В. И. Векслером и независимо от него Э. М. Макмилланом (Е. М. McMillan). Лежит в основе действия большинства совр. резонансных ускорителей заряж. частиц.

В простейшем случае циклич. ускорителя с однородным магн. полем период обращенияТсвязан со значением магн. индукцииВна круговой орбите и полной релятивистской энергией частицы соотношением

(1)

гдее -заряд частицы. Из (1) видно, что с ростом энергии частицы период обращения увеличивается. Обозначим через "равновесную фазу" - фазу поля (отсчитываемую от его макс. значения; рис. 1) в ускоряющем зазоре, попадая в к-рую частица набирает такую энергию ( - ускоряющее напряжение), чтобы непрерывно двигатьсяв резонанссускоряющим полем.

Период обращенияТэтой частицы равен или кратен периоду ускоряющего поля , гдеq -целое число, наз. кратностью ускорения. Очевидно, фаза - будет также равновесной, т. к. в этой фазе частица набирает точно такую же энергию, как и в фазе . Если частица попадёт в фазу , она наберёт энергию , меньшую , прирост её энергии будет меньше равновесного значения, а следовательно, согласно (1), и период станет меньше равновесного. Поэтому при следующем обороте частица придёт к ускоряющему промежутку раньше, т. е. её фаза приблизится к равновесной. Напротив, немного отставшая частица (<) приобретёт избыточную энергию (т. ), её период обращения станет больше равновесного, вследствие чего на следующем обороте она позже придёт к ускоряющему зазору и её фаза тоже приблизится к равновесной.

Малые отклонения энергии частицы от равновесной также имеют тенденцию уменьшаться. Действительно, если частица находится в равновесной фазе , но её энергия больше равновесной (соответствующей периоду ускоряющего поляТуск),то её период обращения большеqТуски она приходит на след. обороте к зазору с опозданием, т. е. её фаза , а приобретаемая энергия . Т. о., отличие энергии от равновесной будет уменьшаться.

Благодаря описанному механизму частицы, находящиеся в нек-рой окрестности равновесной фазы (т. н. область захвата), совершают колебания около этой фазы, т. е. фаза динамически устойчива. Все частицы, находящиеся в области захвата, колеблясь около фазы , набирают в ср. такую же энергию, как и частица в равновесной фазе (т. н. равновесная частица), т. е. ускоряются.

Аналогично можно показать, что вторая равновесная фаза - неустойчива: малые отклонения от неё приводят к дальнейшему уходу частиц от этой фазы.

В общем случае для циклич. ускорителей с магн. полем, зависящим от азимута и радиуса, ф-лу (1) следует заменить на соотношение

(2),

где-нек-рое усреднённое по орбите значение магн. индукции, зависящее от энергии частицы; поэтому характер зависимостиТот оказывается более сложным. Если , т. е. период растёт с ростом энергии, то, как и раньше, оказывается устойчивой равновесная фаза , вблизи к-рой ускоряющее электрич. поле убывает с увеличением времени. Если же , т. е. период обращения убывает со временем, то устойчива фаза -, вблизи к-рой ускоряющее поле нарастает со временем.

Для более точного описания изменения фазы следует количественно рассмотреть динамику частицы, энергия к-рой мало отличается от энергии равновесной частицы, движущейся в точном синхронизме с уско-

ряющим полем и набирающей за каждый оборот энергию , где - равновесная фаза. Неравновесная частица, проходящая ускоряющий зазор в фазе , набирает энергию . Избыточная энергия (по сравнению с равновесным приростом), приобретённая частицей за оборот, равна:

(3).

Этому отклонению энергии соответствует отклонение частоты обращения

(4),

где - равновесные значения энергии и частоты в данный момент ускорения, а коэфф.Копределяется соотношением

(5)и является удобной дифференц. характеристикой ускорителя.

Отклонение частоты обращения от равновесной на приводит к скольжению фазы ускоряющего напряжения со скоростью

(6).

Соотношения (3), (4) и (6) и определяют колебания фазы и энергии во времени.

Переходя в (3) к изменению энергии в единицу времени (а не за период обращения ), получаем:


что е учётом (4) и (6) приводит к дифференц. ур-нию для фазы

(7).

По форме оно совпадает с ур-нием колебаний физ. маятника с моментом инерции , моментом силы тяжести и внешним моментом (рис. 2). Для маятника физически очевидно, что могут существовать два положения равновесия: и . Нижнее положение равновесия устойчиво, а верхнее - неустойчиво. Маятник может совершать движения двух качественно разл. типов - либо колебания около устойчивой равновесной фазы j0, либо (при очень больших нач. отклонениях от равновесия или при очень больших нач. скоростях) вращат. движение, при к-ром он проходит все углы .

Соответственно и в ускорителе фаза частицы может либо совершать колебат. движения около равновесной фазы (т. н. синхротронные колебания), либо скользить по фазе, пробегая все значения фаз. Колебат. движению частицы по фазе соответствуют, согласно (4) и (6), колебания энергии частицы и её частоты обращения вокруг равновесных значений. Существует нек-рая область нач. условий (соответствующая области захвата), при к-рых частица участвует в процессе ускорения, т. е. приобретает в ср. ту же энергию, что и равновесная. Частицы, не попавшие в область захвата, скользя по всем фазам, в ср. энергии не набирают и выпадают из процесса ускорения.


Т. о., если период ускоряющего электрич. поля и величина управляющего магн. поля меняются во времени так, что энергияes(t)равновесной частицы, определяемая вытекающим из (2) соотношением

непрерывно растёт, то механизм А. обеспечивает ускорение всего ансамбля частиц внутри области захвата, окружающей устойчивую равновесную фазу.

Приведённые рассуждения справедливы приК>0.СлучайК<0соответствует "отрицат. массе" физ. маятника, так что механич. аналогия становится менее наглядной, но из ур-ния (7) вытекает, что при этом устойчивой оказывается отрицат. фаза -js,около к-рой существует аналогичная область захвата.

ВеличинаКзависит от параметров структуры ускорителя и от энергии ускоряемой частицы. В нек-рых циклич. ускорителях, напр. в ускорителях с азиму-тально однородным магн. полем, она сохраняет знак на протяжении всего цикла ускорения. В других - меняет знак при определ. энергии, наз. переходной или критич. энергией. В последнем случае при прохождении критич. значения энергии устойчивая равновесная фаза становится неустойчивой, и наоборот. Для обеспечения дальнейшего ускорения частиц нужно в момент достижения критич. энергии "перенести" все ускоряемые частицы из окрестности прежней равновесной фазы в окрестность новой устойчивой фазы, что технически осуществляется быстрым скачком фазы ускоряющего напряжения.

В линейных ускорителях соотношение (2) заменяется соотношением между временем пролётаТхарактерной длиныL(расстояния между соседними ускоряющими структурами или длины волны в ускоряющей волноводной структуре) и скоростью частицыV.

.

Отсюда видно, что для линейных ускорителейТвсегда уменьшается с ростом энергии,дТ/дe<.0> так что устойчива всегда отрицат. фаза -j0(см.Протонный линейный ускоритель).

В линейных ускорителях требование фазовой устойчивости, или фазировки (jS<0), приходит в противоречие с условием устойчивости движения в поперечном к орбите направлении, т. е. с условиемфокусировки частиц в ускорителе,требующим j>0. В связи с этим был разработан методзнакопеременной фазировки,при к-ром ускоряющие промежутки располагаются так, чтобы в них попеременно происходила то фазировка (а следовательно, расфокусировка), то расфазировка (и следовательно, фокусировка). При надлежащем выборе параметров структуры оказывается возможным одноврем. обеспечение одним и тем же электрич. полем устойчивости движения как в продольном, так и в поперечном направлениях.

А. отсутствует в ускорителях в тех случаях, когдаТне зависит от e.В циклич. ускорителях это имеет место визохронном циклотроне,а в линейных - при релятивистских скоростях ускоряемых частиц, когда скорость практически не меняется с увеличением энергии.

Лит.:Коломенский А. А., Лебедев А. Н., Теория циклических ускорителей, М., 1962; Вальднер О, А., Власов А. Д., Шальнов А. В., Линейные ускорители, М., 1969; Лебедев А. Н., Шальнов А. В., Основы физики и техники ускорителей, ч. 1, М., 1981.9.Л.Бурштейн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


Синонимы:
фазировка, фазовая устойчивость


  1. автофазировка—явление обеспечивающее ускорение электронов протонов альфачастиц многозарядных ионов до высоких энергий от нескольких Мэвem до сотен Гэвem в большинстве ускорителей заряж...Большая Советская энциклопедия II
  2. автофазировка—фазовая устойчивость явление состоящее в том что в среднем для большой группы ускоряемых частиц высокой энергии изза зависимости массы частиц от энергии автоматически по...Большой энциклопедический политехнический словарь
  3. автофазировка—фазовая устойчивость заключается в том что в среднемдля большой группы ускоряемых частиц высокой энергии изза зависимостипромежутка времени между последующими ускорениям...Большой энциклопедический словарь II
  4. автофазировка—АВТОФАЗИРОВКА фазовая устойчивость заключается в том что в среднем для большой группы ускоряемых частиц высокой энергии изза зависимости промежутка времени между последу...Большой Энциклопедический словарь V
  5. автофазировка—фазовая устойчивость заключается в том что в среднем для большой группы ускоряемых частиц высокой энергии автоматически поддерживается синхронизм резонанс между движением...Естествознание. Энциклопедический словарь
  6. автофазировка—приставка АВТО корень ФАЗ суффикс ИР суффикс ОВ суффикс К окончание А Основа слова АВТОФАЗИРОВКВычисленный способ образования слова Приставочносуффиксальный или пре...Морфемный разбор слова по составу
  7. автофазировка—Начальная форма Автофазировка единственное число женский род именительный падеж неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  8. автофазировка—АВТОФАЗИРОВКА фазовая устойчивость заключается в том что в среднем для большой группы ускоряемых частиц высокой энергии изза зависимости промежутка времени между последую...Новый большой англо-русский словарь II
  9. автофазировка—автофазировка автофазировка и...Орфографический словарь
  10. автофазировка—автофазалау...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  11. автофазировка—автофазалау...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
  12. автофазировка—эл.р. эн. ф.аст. маш. автофазалау...Орысша-қазақша салааралық терминологиялық сөздік
  13. автофазировка—Орфографическая запись слова автофазировка Ударение в слове автофазировка Деление слова на слоги перенос слова автофазировка Фонетическая транскрипция слова автофазировка...Полный фонетический разбор слов
  14. автофазировка—автофазировка иСинонимы фазировка фазовая устойчивость...Русский орфографический словарь
  15. автофазировка—автофазировка ж.u .strong automatic phasing .strong в ускорителях phase stability phase stability фазировка фазовая устойчивость...Русско-английский политехнический словарь
  16. автофазировка—ж.в ускорителях заряженных частицem phase stability в лазерахem phase selflocking бетатронная автофазировка...Русско-английский словарь по физике
  17. автофазировка—selfphasing synchronous accelerationСинонимы фазировка фазовая устойчивость...Русско-английский технический словарь
  18. автофазировка—estabilidad de fase en los aceleradores de partculas cargadas...Русско-испанский автотранспортный словарь
  19. автофазировка—ж. messa f in fase automatica...Русско-итальянский политехнический словарь
  20. автофазировка—автофазалау...Русско-казахский терминологический словарь «Машиностроение»
  21. автофазировка—Синонимы фазировка фазовая устойчивость...Русско-китайский словарь
  22. автофазировка—automatische Phaseneinstellung...Русско-немецкий политехнический словарь
  23. автофазировка—automatick fzov synchronizace automatick zen fze...Русско-чешский словарь
  24. автофазировка—автофазировкаСинонимы фазировка фазовая устойчивость...Русское словесное ударение
  25. автофазировка—автофазировка фазировка фазовая устойчивость...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  26. автофазировка—автофазировка см.em авто. фаза явление автоматической подстройки частоты обращения частицы в ускорителе к частоте ускоряющего электрического поля обеспечивающее ускорени...Словарь иностранных слов русского языка
  27. автофазировка—автофазировка фазовая устойчивость Словарь русских синонимов. автофазировка сущ. колво синонимов фазировка фазовая устойчивость Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. ....Словарь синонимов II
  28. автофазировка—автофазировка фазовая устойчивость...Словарь синонимов
  29. автофазировка—АВТОФАЗИРОВКА фазовая устойчивость заключается в том что в среднем для большой группы ускоряемых частиц высокой энергии изза зависимости промежутка времени между последую...Современный энциклопедический словарь
  30. автофазировка—автофазировка [см. авто. фаза] явление автоматической подстройки частоты обращения частицы в ускорителе к частоте ускоряющего электрического поля обеспечивающее ускорен...Толковый словарь иностранных слов
  31. автофазировка—Ударение в слове автофазировкаУдарение падает на букву оБезударные гласные в слове автофазировка...Ударение и правописание
  32. автофазировка—Трио Трико Трафик Трак Травка Трава Торф Торока Торок Тори Тор Тоо Токио Ток Тоз Товарка Товар Тиф Тировка Тир Тикара Тик Тиара Тафа Таро Тариф Тараф Тара Таир Тазкир Таз...Электронный словарь анаграмм русского языка