Ускоритель частиц как двигатель

Электростатический ускоритель

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

• Электростатический ракетный двигатель
• Электростатический флюксметр

Смотреть что такое «Электростатический ускоритель» в других словарях:

электростатический ускоритель — elektrostatinis greitintuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrostatic accelerator vok. elektrostatischer Beschleuniger, m; Spannungsbeschleuniger, m rus. электростатический ускоритель, m pranc. accélérateur électrostatique, m … Fizikos terminų žodynas

Ускоритель частиц — Вид на ускорительный центр Fermilab, США. Теватрон (кольцо на заднем плане) и кольцо инжектор. Ускоритель заряженных частиц класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Современные ускорители,… … Википедия

Ускоритель элементарных частиц — Вид на ускорительный центр Fermilab, США. Теватрон (кольцо на заднем плане) и кольцо инжектор. Ускоритель заряженных частиц класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Современные ускорители,… … Википедия

Ускоритель заряжённых частиц — Вид на ускорительный центр Fermilab, США. Теватрон (кольцо на заднем плане) и кольцо инжектор. Ускоритель заряженных частиц класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Современные ускорители,… … Википедия

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — электрический ракетный двигатель, в к ром предварительно ионизиров. рабочее тело ускоряется в сильном электростатич. поле. Для получения тяги используют положит. ионы обычно щелочных металлов, а также ртути и висмута (ионные двигатели) или… … Большой энциклопедический политехнический словарь

электростатический высоковольтный ускоритель — Высоковольтный ускоритель, в котором ускоряющее напряжение создается электростатическим генератором напряжения ускорителя. [ГОСТ Р 52103 2003] Тематики ускорители заряженных частиц EN DC acceleratorelectrostatic acceleratorVan de Graaf… … Справочник технического переводчика

УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ — УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ, ранний вариант УСКОРИТЕЛЯ частиц, в котором поддерживается постоянное высокое напряжение между двумя электродами в вакуумной трубке. Образуется большой статический заряд, создающий в трубке электрическое поле.… … Научно-технический энциклопедический словарь

электростатический — относящийся к электростатике; э кая индукция относительное смещение электрических зарядов (положительных и отрицательных) под влиянием электрического поля; э. ускоритель (генератор) ускоритель заряженных микрочастиц, в котором частицы ускоряются… … Словарь иностранных слов русского языка

Электростатический генератор — высоковольтное устройство, в котором разность потенциалов создаётся механическим переносом электрических зарядов. См. Ускоритель высоковольтный … Большая советская энциклопедия

Электростатический ракетный двигатель — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

​​Вопрос: Можна ли будет создать двигатель на основе ускорителя частиц для космических кораблей

Ответ: По своей сути любой реактивный двигатель является ускорителем частиц, разница лишь в скоростях, до которых он может разогнать эти частицы. Как я понимаю имеется в виду создание такого себе коллайдера, который будет не сталкивать частицы, а выпускать их в одном направлении. Чисто технически создать такой двигатель вполне возможно, но он будет не очень то эффективен. Коллайдер разгоняет частицы до околосветовых скоростей, а значит такой двигатель будет иметь огромный удельный импульс, но разгоняются при этом всего лишь десятки тысяч атомов, из-за этого на испускание килограмма вещества при непрерывной работе уйдут многие годы, следовательно корабль будет ускоряться крайне медленно. Но, допустим, человечество сможет создать ускоритель разгоняющий до около световой скорости хотя бы граммы вещества в секунду, на таком уже можно будет летать, но на пути становится теория относительности, она делает затраты энергии, необходимые для работы ускорителя просто невообразимыми. Куда эффективней использовать ионные двигатели, которые разгоняют вещество всего до нескольких десятков километров в секунду, но имеют значительно меньший размер, чем ускоритель и требуют значительно меньше энергии. В будущем для досветовых перелётов рассматриваются именно модификации ионных двигателей. На картинке схематическое изображение и принцип работы ионного двигателя.

@deep_cosmos_questions_bot, а также в комментариях под видео на нашем youtube канале. Вопросов очень много, но я постараюсь ответить на самые интересные из них. Поддержать канал материально можно через patreon.

​​Вопрос: Скажите

​​вопрос: скажите , а почему так мало видео, снятого в космосе? Мне известно только о видео астронавтов с Луны. Хотя, например, крайне интересно было бы посмотреть…

​​Вопрос: Здравствуйте

​​вопрос: здравствуйте , как образуются планеты вокруг звёзды? Одновременно, после или до образования звезды?Ответ: Существует несколько моделей формирования…

​​Вопрос: Где и как образуются тяжёлые химические элементы

​​вопрос: где и как образуются тяжёлые химические элементы ? Все ли химические элементы открыты человечеством ?Ответ: В первые 100 секунд после Большого Взрыва во…

​​Вопрос: Если озоновый слой полностью исчезнет из-за фреонов или другой причины

​​вопрос: если озоновый слой полностью исчезнет из-за фреонов или другой причины , то как это повилияет на Землю и её обитатетелей?Ответ: Озоновым слоем называют…

​​Вопрос: Штурм зоны 51 что это

​​вопрос: штурм зоны 51 что это ? в гугле недостаточно информацииОтвет: Месяц назад американец Мэтти Робертс создал в Фейсбук мероприятие под названием «Штурм Зоны…

​​Вопрос: Скажите пожалуйста какая температура в космосе

​​вопрос: скажите пожалуйста какая температура в космосе ?Ответ: С научной точки зрения, космическое пространство — это всё, что находится вне атмосферы небесных…

​​Вопрос: Существуют ли какие-нибудь правила работы с внеземными разумными формами жизни

​​вопрос: существуют ли какие-нибудь правила работы с внеземными разумными формами жизни ? Например мы смогли попасть в ближайшую систему и там обнаружили расу…

​​Вопрос: Тёмная энергия и закон сохранения

​​вопрос: тёмная энергия и закон сохранения . Правда ли, что закон сохранения энергии не действует? ТК существует неведомая сила (ТЭ), которая добавляет «непонятно…

​​Вопрос: А есть ли у астрофизики понимание чем.

​​Вопрос: А есть ли у астрофизики понимание чем станет нейтронные звёзды и белые карлики после остывания? На обычное вещество должно быть мало похожеОтвет: Белые…

Наткнулся на замечательную статью из советского журнала «Земля и Вселенная» за май 1970-го года

Наткнулся на замечательную статью из советского журнала «земля и вселенная» за май 1970-го года . Статья представляет собой интервью с Нилом Армстронгом, в котором он…

​​Вопрос: Слышал о излучении Хокинга

​​вопрос: слышал о излучении хокинга , но никогда не понимал что это. Объясните пожалуйста.Ответ: Излучение Хокинга это излучение чёрной дыры, однако, оно…

​​Вопрос: Что находится в межгалактическом пространстве

​​вопрос: что находится в межгалактическом пространстве ?? А также между Местными и Сверхскоплениями галактик и каковы там расстояния?Ответ: В межгалактическом…

Наш коллега из Ирана Хаял Муаззин ведёт свой канал в Телеграм

Наш коллега из ирана хаял муаззин ведёт свой канал в телеграм , а также активно сотрудничает с ведущими российскими и зарубежными СМИ, чиновниками и экспертами.…

Военнослужащие подразделений специального назначения 777 ВС Египта также отметились в Кабуле

Военнослужащие подразделений специального назначения 777 вс египта также отметились в кабуле [email protected] _militarycolumnist

До конца этого года начнутся государственные.

До конца этого года начнутся государственные испытания барражирующих боеприпасов «Ланцет» производства концерна «Калашников».Ранее данные БП прошли…

Почему Желудочный сок способен растворить бритвенные лезвия

Почему желудочный сок способен растворить бритвенные лезвия ?Желудок переваривает пищу благодаря едкой соляной кислоте с высоким содержанием pH (водородного…

Лондонский Тест на психику

Лондонский тест на психику Важно то что вы первым увидите на картинке !Ответ почти со 100%-ной точностью расскажет всё о вас.

Когда мы будем управлять компьютером силой мысли

Когда мы будем управлять компьютером силой мысли ? В какие инновации инвестирует Илон Маск? На какие еще не существующие профессии обучают уже сейчас?Загляни в…

Почему Белый шоколад на самом деле не шоколад

Почему белый шоколад на самом деле не шоколад ?Несмотря на свое название, белый шоколад на самом деле не содержит настоящих шоколадных компонентов. Согласно Bon Appetit,…

Почему некоторые едят и не поправляются

Почему некоторые едят и не поправляются ?Содержащийся в слюне энзим участвует в расщеплении углеводов, и организм не может создавать запасы жировой ткани. Как…

Почему количество волос влияет на умственные способности человека

Почему количество волос влияет на умственные способности человека ?Американский психиатр доказал в своем исследовании, что на интеллект влияет количество волос…

Греция завершила строительство стены на 40-км участке.

Греция завершила строительство стены на 40-км участке границы с Турцией для недопущения незаконной миграции, в связи с ожидаемым её всплеском из-за ситуации в…

Обломки зенитной управляемой ракеты ЗРПК «Панцирь-С» в Дамаске

Обломки зенитной управляемой ракеты зрпк «панцирь-с» в дамаске .Силы ПВО Сирии уничтожили из комплексов «Бук-М2Э» и «Панцирь-С» российского…

Почему логотипом «Мерседес-Бенц» выбрали трехлучевую звезду

Почему логотипом «мерседес-бенц» выбрали трехлучевую звезду ?Трёхлучевая звезда на логотипе «Мерседес-Бенц», разработанном в 1909 году, символизирует успех…

Вопрос: Если фотоны не имеют массы

Вопрос: если фотоны не имеют массы , то почему чёрные дыры их притягивюат?Ответ: для ответа на этот вопрос мы сняли небольшое видео на нашем канале на youtube.Задать нам…

Приветствуем всех

Приветствуем всех ! Каждый день мы получаем множество вопросов и зачастую нам не хватает времени, чтобы ответить на все. Множество вопросов остаются без ответа.…

Инженер NASA предлагает использовать ускоритель частиц в качестве ракетного двигателя

На сегодняшний день межпланетные полеты (не говоря уже о перемещениях за пределы нашей Солнечной системы) упираются в одну проблему — недостаточная мощность ракетных двигателей. Конечно, непрерывно ведутся работы по улучшению этого компонента ракет. Кто-то даже всерьез занимается вопросом создания ионного двигателя, но дальше всех пошел инженер NASA Дэвид Бернс, который предлагает использовать в качестве двигателя ускоритель частиц.

Ускоритель частиц в качестве двигателя? Почему бы и нет!

Как построить двигатель для межпланетных полетов?

Сразу оговоримся (как, собственно, это и сделал автор идеи в своем докладе), что идея создания подобного двигателя — это лишь концепция. Рабочего прототипа у NASA на данный момент нет. Инженер Дэвид Бернс из Космического центра Маршалла NASA предложил использовать ускоритель частиц, который имеет спиралевидную форму. Он назвал такой двигатель «винтовым».

Подобный космический двигатель можно использовать для того, чтобы длительное время удерживать спутники на орбите без дозаправки, — говорит господин Бернс. — Он может также быть полезен при перемещении космических кораблей на огромные расстояния, развивая скорость, близкую к световой. Если, конечно, расчеты верны и они не противоречат законам физики.

Конструкция двигателя основана на третьем законе Ньютона. Если кто-то вдруг забыл, то вкратце напомним: третий закон Ньютона или закон равенства действия и противодействия — один из трёх основных законов ньютоновской механики. Он говорит о том, что каждому действию всегда есть равное и противоположное ему противодействие. В качестве примера инженер NASA описывает прямой запаянный с двух сторон стержень, внутри которого движется груз. Груз, двигающийся вдоль прямого стержня внутри стержня, заставит его перемещаться назад и вперед по свободной от трения поверхности.

Однако же если вместо груза использовать ускоритель частиц, который движется по спирали, то все меняется. При движении вперед, его потенциальная энергия увеличивается, и она падает при движении назад. Таким образом, когда элемент попадает в переднюю камеру стержня, происходит движение вперед. Бернс считает, что если винтовому двигателю дать достаточно времени и энергии, он сможет достичь с помощью ускорителя частиц потенциально релятивистских скоростей. Иллюстрация этого процесса представлена на рисунке ниже. А что вы думаете по поводу данного двигателя? Напишите об этом в нашем чате в Телеграм.

Теоритический принцип действия нового двигателя

При этом есть у такого вида двигателя и ряд ограничений. В первую очередь, на Земле в полной мере протестировать подобный двигатель просто не получится, так как работать он будет лишь в условиях полного отсутствия трения. То есть в открытом космосе. Другой момент — это размеры самого двигателя. При диаметре в 12 метров его длина составит почти 200 метров. И это лишь двигатель без жилых отсеков, вспомогательного оборудования, систем жизнеобеспечения и так далее. В условиях космоса такие размеры невелики, но чтобы вы понимали масштаб: МКС на данный момент имеет длину порядка 100 метров, а Starship от Илона Маска — около 50 метров.

Другой момент касается энергоэффективности. Потребуется около 125 мегаватт для того, чтобы получить хотя бы один ньютон силы. Также неэффективность установки может возникнуть из-за того, что его конструкция может нарушать закон сохранения импульса. Но инженер считает, что «стоит хотя бы попробовать», прежде чем отказаться от этой идеи. А каково ваше мнение?

Ускоритель заряженных частиц

Ускори́тель заря́женных части́ц — класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Самые крупные ускорители являются дорогостоящими комплексами требующими международного сотрудничества. К примеру, Большой адронный коллайдер в ЦЕРН представляющий собой кольцо длиной почти 27 километров является результатом работы десятков тысяч учёных из более чем ста стран.

Работа ускорителя основана на взаимодействии заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, только отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт орбиту, по которой движутся частицы.

Конструктивно ускорители можно принципиально разделить на две большие группы. Это линейные ускорители, где пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям), проходя ускоряющие промежутки по многу раз. Можно также классифицировать ускорители по назначению: коллайдеры, источники нейтронов, бустеры, источники синхротронного излучения, установки для терапии рака, промышленные ускорители.

Содержание

• 1 Конструкции ускорителей
  • 1.1 Линейные ускорители
    • 1.1.1 Высоковольтный ускоритель (ускоритель прямого действия)
    • 1.1.2 Линейный индукционный ускоритель
    • 1.1.3 Линейный резонансный ускоритель
  • 1.2 Циклические ускорители
    • 1.2.1 Бетатрон
    • 1.2.2 Циклотрон
    • 1.2.3 Микротрон
    • 1.2.4 FFAG
    • 1.2.5 Фазотрон (синхроциклотрон)
    • 1.2.6 Синхрофазотрон
    • 1.2.7 Синхротрон
    • 1.2.8 Ускоритель-рекуператор
• 2 Ускорители по назначению
  • 2.1 Лазер на свободных электронах
  • 2.2 Коллайдер
• 3 Применение
• 4 См. также
• 5 Литература
• 6 Ссылки

Конструкции ускорителей [ править | править код ]

Линейные ускорители [ править | править код ]

Высоковольтный ускоритель (ускоритель прямого действия) [ править | править код ]

Идеологически наиболее простой линейный ускоритель. Частицы ускоряются постоянным электрическим полем и движутся прямолинейно по вакуумной камере, вдоль которой расположены ускоряющие электроды. Ускорение заряженных частиц происходит электрическим полем, неизменным или слабо меняющимся в течение всего времени ускорения частиц. Важное преимущество высоковольтного ускорителя по сравнению с другими типами ускорителей — возможность получения малого разброса по энергии частиц, ускоряемых в постоянном во времени и однородном электрическом поле. Данный тип ускорителей характеризуется высоким КПД (до 95 %) и возможностью создания сравнительно простых установок большой мощности (500 кВт и выше), что весьма важно при использовании ускорителей в промышленных целях.

Высоковольтные ускорители можно разделить на четыре группы по типу генераторов, создающих высокое напряжение:

Ускоритель Ван де Граафа. Ускоряющее напряжение создаётся генератором Ван де Граафа, основанном на механическом переносе зарядов диэлектрической лентой. В современных модификациях (пеллетронах) лента заменена цепью. Максимальные электрические напряжения

20 МВ определяют максимальную энергию частиц

20 МэВ.
Каскадный ускоритель. Ускоряющее напряжение создаётся каскадным генератором (например, генератором Кокрофта-Уолтона, который создаёт постоянное ускоряющее высокое напряжение

5 МВ, преобразуя низкое переменное напряжение по схеме диодного умножителя.)

Линейный индукционный ускоритель [ править | править код ]

Ускорение в таком типе машин происходит вихревым электрическим полем, которое создают ферромагнитные кольца с обмотками, установленные вдоль оси пучка.

Линейный резонансный ускоритель [ править | править код ]

Также часто называется ли́нак (сокращение от LINear ACcelerator). Ускорение происходит электрическим полем высокочастотных резонаторов. Линейные ускорители чаще всего используются для первичного ускорения частиц, полученных с электронной пушки или источника ионов. Однако, идея линейного коллайдера на полную энергию также не нова. Основным преимуществом линаков является возможность получения ультрамалых эмиттансов и отсутствие потерь энергии на излучение, которые растут пропорционально четвёртой степени энергии частиц.

Циклические ускорители [ править | править код ]

Бетатрон [ править | править код ]

Циклический ускоритель, в котором ускорение частиц осуществляется вихревым электрическим полем, индуцируемым изменением магнитного потока, охватываемого орбитой пучка. Поскольку для создания вихревого электрического поля необходимо изменять магнитное поле сердечника, а магнитные поля в несверхпроводящих машинах обычно ограничены эффектами насыщения железа на уровне

20 кГс, возникает ограничение сверху на максимальную энергию бетатрона. Бетатроны используются преимущественно для ускорения электронов до энергий 10—100 МэВ (максимум достигнутой в бетатроне энергии 300 МэВ).

Впервые бетатрон был разработан и создан Видероэ в 1928 году, который, однако, ему не удалось запустить. Первый надёжно работающий бетатрон был создан Д. В. Керстом лишь в 1940—1941 годах в США.

Циклотрон [ править | править код ]

В циклотроне частицы инжектируются вблизи центра магнита с однородным полем с небольшой начальной скоростью. Далее, частицы вращаются в магнитном поле по окружности внутри двух полых электродов, т. н. дуантов, к которым приложено переменное электрическое напряжение. Частица ускоряется на каждом обороте электрическим полем в щели между дуантами. Для этого необходимо, чтобы частота изменения полярности напряжения на дуантах была равна частоте обращения частицы. Иными словами, циклотрон является резонансным ускорителем. Понятно, что с увеличением энергии радиус траектории частицы будет увеличиваться, пока она не выйдет за пределы магнита.

Циклотрон — первый из циклических ускорителей. Впервые был разработан и построен в 1930 году Лоуренсом и Ливингстоном, за что первому была присуждена Нобелевская премия в 1939 году. До сих пор циклотроны применяются для ускорения тяжёлых частиц до относительно небольших энергий, до 50 МэВ/нуклон.

Микротрон [ править | править код ]

Он же — ускоритель с переменной кратностью. Резонансный циклический ускоритель с постоянным как у циклотрона ведущим магнитным полем и частотой ускоряющего напряжения. Идея микротрона состоит в том, чтобы сделать приращение времени оборота частицы, получающееся за счёт ускорения на каждом обороте, кратным периоду колебаний ускоряющего напряжения.

FFAG [ править | править код ]

Ускоритель с постоянным (как в циклотроне), но неоднородным полем, и переменной частотой ускоряющего поля.

Фазотрон (синхроциклотрон) [ править | править код ]

Принципиальное отличие от циклотрона — изменяемая в процессе ускорения частота электрического поля. Это позволяет, за счёт автофазировки, поднять максимальную энергию ускоряемых ионов по сравнению с предельным значением для циклотрона. Энергия в фазотронах достигает 600—700 МэВ.

Синхрофазотрон [ править | править код ]

Циклический ускоритель с постоянной длиной равновесной орбиты. Чтобы частицы в процессе ускорения оставались на той же орбите, изменяется как ведущее магнитное поле, так и частота ускоряющего электрического поля.

Синхротрон [ править | править код ]

Циклический ускоритель с постоянной длиной орбиты и постоянной частотой ускоряющего электрического поля, но изменяющимся ведущим магнитным полем.

Ускоритель-рекуператор [ править | править код ]

По существу — это линак, но пучок после использования не сбрасывается, а направляется в ускоряющую структуру в «неправильной» фазе и замедляется, отдавая обратно энергию. Кроме того, бывают многопроходные ускорители-рекуператоры, где пучок, по принципу микротрона, совершает несколько проходов через ускоряющую структуру (возможно — по разным дорожкам), сперва набирая энергию, потом её возвращая.

Ускорители по назначению [ править | править код ]

Лазер на свободных электронах [ править | править код ]

Специализированный источник когерентного рентгеновского излучения.

Коллайдер [ править | править код ]

Ускоритель на встречных пучках. Чисто экспериментальные установки, цель которых — изучение процессов столкновения частиц высоких энергий.