Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Специальный тип циклического ускорителя частиц.
Special type of cyclic particle accelerator
[[Image:Synchrocyclotron patent. png|thumb|Эскиз синхроциклотрона из патента Макмиллана. Существует два основных отличия между синхроциклотроном и классическим циклотроном. В синхроциклотроне только один D-образный полуцилиндр (полый D-образный листовой электрод) сохраняет свою классическую форму, а другой полюс открыт (см. эскиз патента). Кроме того, частота осциллирующего электрического поля в синхроциклотроне непрерывно уменьшается, а не поддерживается постоянной, чтобы обеспечить циклотронный резонанс для релятивистских скоростей. Один вывод периодически изменяющегося осциллирующего электрического потенциала подсоединяется к полуцилиндру, а другой – к заземлению. Протоны или дейтроны, подлежащие ускорению, движутся по окружностям увеличивающегося радиуса. Ускорение частиц происходит при их входе или выходе из полуцилиндра. На внешнем крае ионный пучок может быть извлечен с помощью электростатического отклонителя. Первый синхроциклотрон произвел 195 МэВ дейтронов и 390 МэВ альфа-частиц.
[[Image:Synchrocyclotron patent. png|thumb|Sketch of a synchrocyclotron from McMillan's patent. There are two major differences between the synchrocyclotron and the classical cyclotron. In the synchrocyclotron, only one dee (hollow D shaped sheet metal electrode) retains its classical shape, while the other pole is open (see patent sketch). Furthermore, the frequency of oscillating electric field in a synchrocyclotron is decreasing continuously instead of kept constant so as to maintain cyclotron resonance for relativistic velocities. One terminal of the oscillating electric potential varying periodically is applied to the dee and the other terminal is on ground potential. The protons or deuterons to be accelerated are made to move in circles of increasing radius. The acceleration of particles takes place as they enter or leave the dee. At the outer edge, the ion beam can be removed with the aid of electrostatic deflector. The first synchrocyclotron produced 195 MeV deuterons and 390 MeV α particles.
Недостатки
Основным недостатком этого устройства является то, что из-за изменения частоты колебаний напряжения питания лишь небольшая часть ионов, выходящих из источника, попадает на фазостабильные орбиты максимального радиуса и энергии. Это приводит к низкому коэффициенту заполнения выходного тока пучка, а средний ток пучка составляет лишь малую долю мгновенного тока пучка. Таким образом, установка генерирует ионы с высокой энергией, но с относительно низкой интенсивностью. Следующим шагом в развитии концепции циклотрона стал изохронный циклотрон, который поддерживает постоянную радиочастоту и компенсирует релятивистские эффекты, увеличивая магнитное поле с ростом радиуса. Изохронные циклотроны способны создавать значительно больший ток пучка, чем синхроциклотроны. В результате изохронные циклотроны получили большее распространение в научных исследованиях.
The main drawback of this device is that, as a result of the variation in the frequency of the oscillating voltage supply, only a very small fraction of the ions leaving the source are captured in phase stable orbits of maximum radius and energy with the result that the output beam current has a low duty cycle, and the average beam current is only a small fraction of the instantaneous beam current. Thus the machine produces high energy ions, though with comparatively low intensity. The next development step of the cyclotron concept, the isochronous cyclotron, maintains a constant RF driving frequency and compensates for relativistic effects by increasing the magnetic field with radius. Isochronous cyclotrons are capable of producing much greater beam current than synchrocyclotrons. As a result, isochronous cyclotrons became more popular in the research field.
История
В 1945 году Роберт Листер Торнтон в Лаборатории радиации Эрнеста Лоуренса возглавил строительство циклотрона на 730 МэВ. В 1946 году он руководил модернизацией циклотрона по новой конструкции, разработанной Макмилланом, которая стала первым синхроциклотроном, способным производить дейтероны с энергией 195 МэВ и α-частицы с энергией 390 МэВ. После ввода первого синхроциклотрона в эксплуатацию, Управление военно-морских исследований (ONR) профинансировало два проекта по строительству синхроциклотронов. Первое финансирование в 1946 году было выделено Технологическому институту Карнеги на строительство синхроциклотрона на 435 МэВ под руководством Эдварда Круца и для начала исследовательской программы по ядерной физике. Вторая инициатива в 1947 году была направлена на строительство синхроциклотрона на 450 МэВ в Чикагском университете под руководством Энрико Ферми. В 1948 году Рочестерский университет завершил строительство своего синхроциклотрона на 240 МэВ, а в 1950 году в Колумбийском университете был завершен синхроциклотрон на 380 МэВ. В 1950 году синхроциклотрон на 435 МэВ в Технологическом институте Карнеги был введен в эксплуатацию, а в 1951 году – синхроциклотрон на 450 МэВ Чикагского университета. На встрече ЮНЕСКО в Париже в декабре 1951 года обсуждался вопрос о поиске решения для создания ускорителя средней энергии для Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), находившейся в процессе формирования. Синхроциклотрон был предложен в качестве временного решения, чтобы преодолеть разрыв до завершения строительства протонного синхротрона на 28 ГэВ. В 1952 году Корнелис Баккер возглавил группу по проектированию и строительству синхроциклотрона под названием «Синхроциклотрон» (SC) в ЦЕРН. Проектирование синхроциклотрона с длиной окружности началось в 1953 году. Строительство началось в 1954 году, и в августе 1957 года было достигнуто ускорение протонов до 600 МэВ, а экспериментальная программа стартовала в апреле 1958 года.
In 1945, Robert Lyster Thornton at Ernest Lawrence's Radiation Laboratory led the construction of the 730 MeV cyclotron. In 1946, he oversaw the conversion of the cyclotron to the new design made by McMillan which would become the first synchrocyclotron with could produce 195 MeV deuterons and 390 MeV α particles. After the first synchrocyclotron was operational, the Office of Naval Research (ONR) funded two synchrocyclotron construction initiatives. The first funding was in 1946 for Carnegie Institute of Technology to build a 435 MeV synchrocyclotron led by Edward Creutz and to start its nuclear physics research program. The second initiative was in 1947 for University of Chicago to build a 450 MeV synchrocyclotron under the direction of Enrico Fermi. In 1948, University of Rochester completed the construction of its 240 MeV synchrocyclotron, followed by a completion of 380 MeV synchrocyclotron at Columbia University in 1950. In 1950 the 435 MeV synchrocyclotron at Carnegie Institute of Technology was operational, followed by 450 MeV synchrocyclotron of University of Chicago in 1951. At a UNESCO meeting in Paris in December 1951, there was a discussion on finding a solution to have a medium energy accelerator for the soon to be formed European Organization for Nuclear Research (CERN). The synchrocyclotron was proposed as a solution to bridge the gap before the 28 GeV Proton Synchrotron was completed. In 1952, Cornelis Bakker led the group to design and construct the synchrocyclotron named Synchro Cyclotron (SC) at CERN. The design of the Synchro Cyclotron with in circumference started in 1953. The construction started in 1954 and it achieved 600 MeV proton acceleration in August 1957, with the experimental program started in April 1958.
Современные события
Синхроциклотроны привлекательны для применения в протонной терапии благодаря возможности создания компактных систем с использованием сильных магнитных полей. Компании, специализирующиеся на медицинской физике, Ion Beam Applications и Mevion Medical Systems, разработали сверхпроводящие синхроциклотроны, которые могут удобно размещаться в больницах.
Synchrocyclotrons are attractive for use in proton therapy because of the ability to make compact systems using high magnetic fields. Medical physics companies Ion Beam Applications and Mevion Medical Systems have developed superconducting synchrocyclotrons that can fit comfortably into hospitals.