устройства для получения потоков плазмы (См. Плазма) со скоростями 10-10³ км/сек и более, что соответствует кинетической энергии ионов от Плазменные ускорители10 эв до 10⁵-10⁶ эв. На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами низкотемпературной плазмы - Плазматронами, на верхнем - с коллективными ускорителями заряженных частиц (см. Ускорения заряженных частиц коллективные методы). Как правило, П. у. являются ускорителями полностью ионизованной плазмы, поэтому процессы возбуждения и ионизации, а также тепловые процессы играют в них, в отличие от плазматронов, вспомогательную роль.

Плазменные потоки с большими скоростями можно получить разными способами, например воздействием лазерного луча на твёрдое тело. Однако к собственно П. у. относят лишь устройства (рис. 1), в которых ускорение и обычно одновременное приготовление плазмы осуществляются за счёт электрической энергии с помощью одного или нескольких специальных электрических разрядов.

В отличие от ускорителей заряженных частиц, в канале П. у. находятся одновременно частицы с зарядами обоих знаков - положительные ионы и электроны, т. е. не происходит нарушения квази-нейтральности. Это снимает ограничения, связанные с объёмным (пространственным) зарядом (см. Ленгмюра формула), и позволяет получать плазменные потоки с эффективным током ионов в несколько млн. а при энергии частиц Плазменные ускорители 100 эв. При ионных токах Плазменные ускорители 1000 а уже достигнута энергия частиц в несколько кэв.

Из П. у. ионы и электроны выходят практически с равными направленными скоростями, так что основная энергия потока приходится на ионы (вследствие их большой массы). Поэтому П. у. - это электрические системы, ускоряющие ионы в присутствии электронов, компенсирующих объёмный заряд ионов.

Механизм ускорения. При анализе рабочего процесса в П. у. плазму можно рассматривать и как сплошную среду, и как совокупность частиц (ионов и электронов). В рамках первого подхода ускорение плазмы обусловлено перепадом полного (ионного и электронного) давления p = p_i + p_e и действием силы Ампера F_Aмп (см. Ампера закон), возникающей при взаимодействии токов, текущих в плазме, с магнитным полем, F_Aмп Плазменные ускорители [jB], где j - плотность тока в плазме, В - индукция магнитного поля.

В рамках второго подхода ускорение ионов может происходить в результате: 1) действия электрического поля Е, существующего в плазменном объёме; 2) столкновений направленного потока электронов с ионами ("электронного ветра"); 3) столкновений ионов с ионами, благодаря которым энергия хаотического движения ионов переходит в направленную (тепловое или газодинамическое ускорение ионов). Наибольшее значение для П. у. имеет электрическое ускорение ионов, меньшее - два последних механизма.

Классификация плазменных ускорителей. П. у. делятся на тепловые и электромагнитные в зависимости от того, преобладает ли в процессе ускорения перепад полного давления р или сила Ампера.

Среди тепловых П. у. основной интерес представляют неизотермические ускорители, в которых p_e >> p_i. Это объясняется тем, что обычно трудно создать плазму с высокой температурой ионов T_i, и сравнительно просто - с "горячими" электронами (T_e >> T_i). Такая плазма является неизотермической. Конструктивно неизотермический ускоритель представляет собой "магнитное сопло" (рис. 2), в котором либо путём инжекции быстрых электронов, либо путём электронного циклотронного резонанса (См. Циклотронный резонанс) создают плазму с "горячими" электронами, T_e Плазменные ускорители 10⁷-10⁹ К, или в энергетических единицах: kT_e Плазменные ускорители 10³-10⁵ эв (где k - Больцмана постоянная).

Электроны, стремясь покинуть камеру, создают электрическое поле объёмных зарядов, которое "вытягивает" (ускоряет) ионы, сообщая им энергию порядка kT_e.

Электромагнитные П. у. подразделяются по характеру подвода энергии к плазме. Различают три класса:

а) радиационные ускорители, в которых ускорение плазменного потока происходит за счёт давления электромагнитной волны, падающей на плазменный сгусток (рис. 3, а); б) индукционные ускорители - импульсные системы, в которых внешнее нарастающее магнитное поле В индуцирует ток j в плазменном кольце (рис. 3, б), созданном тем пли иным способом. Взаимодействие этого тока с радиальной составляющей внешнего магнитного поля создаёт силу Ампера, которая и ускоряет плазменное кольцо; в) электродные плазменные ускорители, в которых существует непосредственный контакт ускоряемой плазмы с электродами, подключенными к источнику напряжения. При амперовом взаимодействии этого тока с внешним (т. е. созданным автономными магнитными системами) или собственным (созданным током, протекающим через плазму) магнитным полем происходит ускорение плазмы. Наиболее изученными и многочисленными являются электродные П. у., которые ниже будут рассмотрены подробнее.

А. Плазменные ускорители с собственным магнитным полем

Импульсные электродные ускорители (пушки). Первым П. у. был "рельсотрон" (рис. 4, а), питаемый конденсаторной батареей. Плазменный сгусток создаётся при пропускании большого тока через тонкую проволоку, натянутую между рельсами, которая при этом испаряется и ионизуется, или за счёт ионизации газа, впрыскиваемого в межэлектродный промежуток через специальный клапан. При разряде на ток в плазменной перемычке (достигающий десятков и сотен ка) действует собственное магнитное поле электрического контура, в результате чего за время порядка 1 мксек и происходит ускорение сгустка. Позднее импульсным ускорителям был придан вид коаксиальной системы (рис. 4, б). В этом случае ускорение сгустка плазмы происходит под действием силы Ампера F_aмп, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей тока j_r с азимутальным собственным магнитным полем H_ϕ. Такие П. у. уже нашли широкое применение и позволяют получать сгустки со скоростями до 10⁸ см/сек и общим числом частиц до 10¹⁸.

Стационарные сильноточные торцевые ускорители. В принципе коаксиальный ускоритель можно сделать стационарным (работающим в непрерывном режиме), если непрерывно подавать в зазор между электродами рабочее вещество (ионизуемый газ). Однако вследствие Холла эффекта при стационарном разряде в ускорителе электрический ток имеет значительную продольную составляющую. Благодаря этому происходит "отжатие" плазмы к катоду, образование прианодных скачков потенциала и т.п., что ведёт к резкому уменьшению кпд. В связи с этим более эффективной оказывается "торцевая" схема (рис. 5, а) с коротким катодом, через который одновременно подаётся рабочее вещество. Ускорение плазмы в торцевом П. у. происходит также в основном за счёт силы Ампера, возникающей при взаимодействии радиальной составляющей j_r, тока j с азимутальным магнитным полем H_ϕ. Если при постоянной подаче рабочего вещества непрерывно увеличивать разрядный ток I_p, то сначала скорость истечения плазмы и кпд ускорителя будут расти. Однако при некотором значении I_p происходит вынос большой части разрядного тока за срез ускорителя, резко возрастает напряжение и падает кпд, в ускорителе возникают колебания. Наступает так называемый критический режим. Его физической причиной является, по-видимому, Пинч-эффект, в результате которого плазменный шнур отрывается от анода.

На нормально работающих торцевых ускорителях с собственным магнитным полем при разрядных токах около 10⁴ а удаётся получать стационарные потоки плазмы со скоростями Плазменные ускорители 100 км/сек и характерными расходами рабочего вещества Плазменные ускорители0,01-0,1 г/сек. При этом напряжение на разряде составляет около 50 в.

Описанный торцевой ускоритель становится неработоспособным не только при больших, но и при малых разрядных токах I_p, поскольку сила Ампера пропорциональна I_p². Поэтому при /_р < 1000 а роль силы Ампера в реальных условиях становится меньше, чем газокинетическое давление, и торцевой П. у. превращается в обычный плазматрон. Чтобы увеличить эффективность торцевого ускорителя при малых мощностях, в рабочем канале создают внешнее магнитное поле (рис. 5, б). Получающийся ускоритель называется торцевым холловским ускорителем, или магнито-плазменным ускорителем. Он позволяет получать потоки плазмы со скоростями в десятки км/сек при мощности ≥ 10 квт. Замечательная особенность торцевых ускорителей - способность создавать потоки частиц с энергией, в несколько раз превосходящей приложенную разность потенциалов. На языке динамики частиц это объясняется увлечением ионов за счёт столкновений с электронным потоком, идущим из катода ("электронным ветром").

Б. Плазменные ускорители с внешним магнитным полем

Если требуется получать стационарные потоки малой мощности (≤ 10 квт) или потоки частиц с большими скоростями (≥ 10⁸ см/сек), особенно удобными оказываются так называемые "П. у. с замкнутым дрейфом", один из видов которых схематически изображен на рис. 6. Это осесимметричная система с радиальным магнитным полем в кольцевом ускорительном канале, в котором находится плазма. Работу данного П. у. проще понять, рассматривая динамику электронов и ионов.

Если между анодом и катодом приложить разность потенциалов, то электроны начнут дрейфовать (т. е. двигаться в среднем с постоянной скоростью) перпендикулярно электрическому Е и магнитному Н полям, описывая кривые, близкие к циклоиде. Длина ускорительного канала L выбирается так, чтобы высота электронной циклоиды h_e была много меньше L (L >> h_e). В этом случае говорят, что электроны "замагничены". Высота ионной циклоиды h_i в силу большой массы (M_i) иона в M_i/m_e раз превосходит h_e (m_e - масса электрона). Поэтому, если сделать длину канала L много меньше h_i, то ионы будут слабо отклоняться магнитным полем и под действием электрического поля будут ускоряться практически по прямой линии. Энергия, набираемая ионами в таком ускорителе, близка к разности потенциалов, приложенной между анодом и катодом, умноженной на заряд иона, а разрядный ток близок к току ускоренных ионов. В целом рабочий процесс в описываемом П. у. происходит следующим образом. Рабочее вещество в виде газа или пара поступает через анод в кольцевой ускорительный канал УК (рис. 6). Здесь, попав в облако дрейфующих по азимуту электронов (под действием взаимно перпендикулярных магнитного H и электрического Е полей), нейтральный атом ионизуется. Возникший в процессе ионизации электрон за счёт столкновений с ионами, атомами, стенкой диэлектрической камеры ДК и под влиянием колебаний диффундирует на анод, а ион, ускоренный электрическим полем, покидает канал. Поскольку объёмный заряд ионов, находящихся в канале, всё время компенсирован зарядом дрейфующих электронов, здесь (в отличие от ионных источников (См. Ионный источник)) нет ограничений на величину "вытягиваемого" ионного тока. После выхода из канала ион (чтобы не возникло нарушение квазинейтральности) получает электрон от катода-компенсатора КК. Существует ряд модификаций П. у. с замкнутым дрейфом (с анодным слоем, однолинзовые, многолинзовые и т.п.). Эти ускорители позволяют получать плазменные потоки с эффективным током ионов от единиц до многих сотен а с энергией от 100 эв до 10 кэв и более.

Применения плазменных ускорителей. Первые П. у. появились в середине 1950-х гг. и уже нашли применение как Электрореактивные двигатели, в технологии для чистки поверхностей (методом катодного распыления (См. Катодное распыление)), нанесения металлических плёнок на различные поверхности, в исследованиях по ионосферной аэродинамике и экспериментальной астрофизике (моделирование космических явлений), в термоядерных исследованиях (в качестве инжекторов плазмы), плазмохимии и т.д. По мере совершенствования конструкции и достижения новых параметров область применения П. у. будет непрерывно расширяться.

Лит.: Плазменные ускорители, под ред. Л. А. Арцимовича [и др.], М., 1973.

А. И. Морозов.

Рис. 1. Принципиальная схема плазменного ускорителя.

Рис. 2. Схема неизотермического плазменного ускорителя. Электронный пучок, выходящий из электронной пушки ЭП, нагревает электроны в газоразрядной камере ГК и ионизует рабочее вещество РВ, подаваемое в камеру. Образующаяся ускоренная плазма УП под действием перепада электронного давления вытекает, вдоль магнитных силовых линий, создаваемых катушками магнитного поля КМП.

Рис. 3. а - схема радиационного плазменного ускорителя: КМП - катушки магнитного поля; В - волновод; П - плазменный сгусток; ЭВ - электромагнитная волна; б - схема индукционного плазменного ускорителя: В - магнитное поле; ПК - плазменное кольцо; ИК - индукционная катушка; j - ток в плазменном кольце.

Рис. 4. а - схема "рельсотрона": Р - рельсы; П - плазменная перемычка; С - ёмкость; К - ключ; б - схема коаксиального импульсного плазменного ускорителя. Быстродействующий клапан БК подаёт газ в зазор между внутренним ВЭ и наружным НЭ электродами (ДВ - диэлектрическая вставка между электродами). После замыкания ключа К в цепи возникает ток, который ионизует газ.

Рис. 5. а - схема торцевого плазменного ускорителя: ДВ - диэлектрическая вставка; б - схема торцевого магнито-плазменного ускорителя: ДВ - диэлектрическая вставка; КМП - катушка магнитного поля; РВ - рабочее вещество.

Рис. 6. Схема плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом. Магнитное поле H создаётся магнитопроводом МПр и катушками КМП.

ускорители со встречными пучками, установки, в которых осуществляется столкновение встречных пучков заряженных частиц (элементарных частиц и ионов), ускоренные электрическим полем до высоких энергий (см. Ускорители заряженных частиц). На таких установках исследуются взаимодействия частиц и рождение новых частиц при максимально доступных в лабораторных условиях эффективных энергиях столкновения. Наибольшее распространение получили ускорители со встречными электрон-электронными (е^-е^-), электрон-позитронными (е^-е ⁺) и протон-протонными (рр) пучками.

В обычных ускорителях взаимодействие частиц изучается в лабораторной системе отсчёта при столкновениях пучка ускоренных до высокой энергии частиц с частицами неподвижной мишени. При этом вследствие закона сохранения полного импульса соударяющихся частиц большая часть энергии налетающей частицы расходуется на сохранение движения центра масс системы частиц, т. е. на сообщение кинетической энергии частицам - продуктам реакции, и лишь небольшая её часть определяет "полезную", или эффективную, энергию столкновения, т. е. энергию взаимодействия частиц в системе их центра инерции, которая может идти, например, на рождение новых частиц. Из расчёта следует, что при столкновении двух частиц одинаковой массы (m₀), одна из которых покоится в лабораторной системе отсчёта, а другая движется с релятивистской (близкой к скорости света с) скоростью, энергия в системе центра инерции , где E₀ = m₀c² - энергия покоя частицы, а Е - энергия налетающей частицы в лабораторной системе отсчёта. Т. о., чем больше Е, тем меньшая её доля определяет энергию взаимодействия частиц. Если же сталкиваются частицы с равными по величине и противоположно направленными импульсами, т. е. их суммарный импульс равен нулю, то лабораторная система отсчёта совпадает с системой центра инерции частиц и эффективная энергия столкновения равна сумме энергий сталкивающихся частиц; для частиц с одинаковыми массами (и энергией Е) Е_ци = 2E, т. е. кинетическая энергия может быть полностью использована на взаимодействие.

Особенно велико преимущество изучения процессов взаимодействия на встречных пучках для лёгких частиц - электронов и позитронов, для которых E₀ = 0,5 Мэв. Например, для соударяющихся во встречных пучках электронов с энергией в 1 Гэв Е_ци = 2 Гэв; такая же эффективная энергия столкновения при одном неподвижном электроне потребовала бы энергии налетающего электрона Е = Е²_ци/2Е₀ (4000 Гэв. Для встречных пучков протонов (E₀ ≈ 1 Гэв), например с энергией Е = 70 Гэв (энергия протонов Серпуховского ускорителя 76 Гэв), Е_ци = 140 Гэв, тогда как при столкновении с покоящимся протоном эффективная энергия столкновения 140 Гэв была бы достигнута лишь при энергии налетающего протона Е = 10 000 Гэв!

У. на в. п. имеют важнейшее значение для изучения упругих и неупругих процессов взаимодействия стабильных частиц - протонов и электронов (и их античастиц); в области сверхвысоких энергий с ними не могут конкурировать обычные ускорители с неподвижной мишенью.

Недостаток У. на в. п. - малая плотность пучков частиц по сравнению с плотностью неподвижной мишени. Для увеличения плотности частиц до процесса соударения производится накапливание заряженных частиц в специальных накопительных кольцах (см. Накопители заряженных частиц), так чтобы токи циркулирующих частиц составляли не менее десятков а. Однако и при таких токах интенсивность пучков вторичных частиц высоких энергий (π- и К-мезонов, нейтрино и др.), образующихся при соударениях, на несколько порядков меньше, чем интенсивность пучков тех же частиц, получаемых на обычных ускорителях. Кроме того (т.к. энергия вторичной частицы не может превышать энергию сталкивающихся в У. на в. п. первичных частиц), получается проигрыш в энергии вторичных частиц по сравнению с традиционными ускорителями. Поэтому У. на в. п. не могут заменить, а лишь дополняют традиционные ускорители, и развитие тех и других должно идти параллельно.

В накопительные кольца, представляющие собой кольцевые вакуумные камеры, помещенные в магнитное поле, ускоренные заряженные частицы поступают из обычного ускорителя. Магнитное поле создаётся, как правило, секторными магнитами, разделёнными прямолинейными промежутками (без магнитного поля) для областей пересечения пучков (и для размещения ускорительного устройства). Установка со встречными пучками содержит один или два накопительных кольца в зависимости от того, различны (как у е^- е ⁺, рp̃, где p̃ - антипротон) или соответственно одинаковы (как у е^- е^-, рр) знаки электрических зарядов сталкивающихся частиц. Предварительное ускорение пучков (до инжекции в накопительные кольца) производится в синхрофазотронах или синхротронах (с сильной или слабой фокусировкой), а также в линейных ускорителях. Возможно и дополнительное ускорение частиц в накопительных кольцах после инжекции. Однако независимо от того, производится ли дополнительное ускорение, каждый накопительный комплекс на встречных пучках обязательно включает ускоряющую систему для компенсации потерь энергии заряженных частиц на Синхротронное излучение (для электрон-позитронных пучков) и ионизацию (См. Ионизация) остаточного газа в камере. Второе назначение системы ускорения - фиксация азимутальных размеров пучка (число сгустков частиц равно кратности частоты ускоряющей системы по отношению к частоте обращения частиц). Типичные схемы электрон-позитронного и протон-протонного накопительного комплекса приведены на рис. 1 и 2.

Основная характеристика системы со встречными пучками - величина, которая определяет число (N) событий исследуемого типа в единицу времени и называется светимостью (1.) установки. Если изучается взаимодействие с сечением δ, то N = L (. В наиболее простом случае, когда угол встречи пучков равен нулю, L = R (N₁N₂ /S)ω/2π, где N₁, N₂ - полные числа частиц в каждом пучке, заполняющем кольца, S - площадь поперечного сечения, общая для обоих пучков, ω - круговая частота обращения частиц по замкнутой орбите, R - коэффициент использования установки, равный отношению длины промежутков встречи пучков к периметру орбиты. В более общем случае R зависит от области перекрытия пучков, т. е. от углов пересечения и относительных размеров пучков. Для эффективного изучения процессов взаимодействия с сечением δ = 10^-26-10^-32 см², величина светимости должна составлять 10²⁸-10³² см^-2сек^-1. Это достигается накоплением циркулирующего тока пучков заряженных частиц и уменьшением поперечного сечения пучков при помощи специальной магнитной фокусировки в прямолинейных промежутках, а также использованием методов электронного или стохастического охлаждения с целью уменьшения поперечной компоненты импульса сталкивающихся пучков. Метод электронного охлаждения был предложен в 1966 сов. физиком Г. И. Будкером для тяжёлых частиц (протонов и антипротонов), у которых из-за практического отсутствия синхротронного излучения не происходит автоматического затухания поперечных колебаний частиц в пучке. Метод основан на эффекте передачи тепловой энергии пучка тяжёлых частиц сопутствующему (пущенному параллельно) электронному пучку с более низкой температурой. Экспериментальное подтверждение этого эффекта было впервые получено в институте ядерной физики Сибирского отделения АН СССР (1974).

Для того чтобы обеспечить непрерывный физический эксперимент с мало меняющейся светимостью установки, необходимо большое время жизни накопленных пучков частиц. Время жизни пучка (время, в течение которого интенсивность пучка уменьшается в е (2,7 раз) зависит от ряда эффектов. Главные из них - однократное и многократное рассеяние ускоренных частиц на атомах остаточного газа в камере накопителя, а для электронов и позитронов - синхротронное излучение и квантовые флуктуации; существенную роль может также играть эффект взаимного рассеяния электронов (позитронов) пучка. Экспериментальный критерий времени жизни пучка - относительная величина потери интенсивности пучков в \% за 1 ч; для лучших действующих установок она составляет десятые доли \% в час [для протонной установки в Европейском центре ядерных исследований (См. Европейский центр ядерных исследований) (ЦЕРНе) - 0,1\%/ч при токе 22 а]. Такая большая величина времени жизни пучков достигается при помощи высокого вакуума в камерах накопителей пучков: 10^-11 мм рт. ст. в объёме камеры и 10^-12 мм рт. ст. в зонах встречи пучков.

Необходимым элементом ускорителя со встречными е^- е ⁺ пучками является электрон-позитронный конвертер - металлическая мишень (с толщиной около 1 радиационной длины; на рис. 1 на прямом пучке), в которой электроны рождают тормозные гамма-кванты, а те, в свою очередь, - пары электрон-позитрон. Коэффициент конверсии - отношение числа позитронов, захваченных в накопитель, к числу электронов, выведенных из синхротрона - при энергии электронного пучка в сотни Мэв может достигать величины 10^-4 для позитронного пучка с энергией, примерно вдвое меньшей энергии электронов.

Для схемы протон-протонных столкновений (рис. 2), реализуемой на базе двух магнитных структур с сильной фокусировкой, характерно наличие многих точек встречи пучков, что позволяет одновременно проводить несколько физических экспериментов.

Типичные параметры наиболее крупных У. на в. п. приведены в таблице.

Крупнейшие ускорители на встречных пучках и их параметры

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Установка | Тип | Энергия, Мэв | Средний | Светимость, | Год запуска |

| | встречных | | радиус | см^-2 ․сек^-1 | |

| | пучков | | орбиты, | | |

| | | | м | | |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ВЭПП-2 (СССР, Новосибирск) | е⁺е^- | 2 ´700 | 1,9 | Ускорители на встречных пучках 10²⁹ | 1966 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ВЭПП-4 (СССР, Новосибирск) | е⁺е^- | 2 ´3500 | 12,0 | Ускорители на встречных пучках 10³⁰ | заканчивается |

| | | | | | сооружение |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| SPEAR (США, Станфорд) | е⁺е^- | 2 ´4500 | 37,2 | 6×10³⁰ | 1972 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| АСО (Франция, Орсе) | е⁺е^- | 2 ´540 | 3,5 | 10²⁹ | 1966 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ADONE (Италия, Фраскати) | е⁺е^- | 2 ´1500 | 16,4 | 6 ×10²⁹ | 1969 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ISR (ЦЕРН, Швейцария, Женева) | рр | 2 ´31400 | 150 | 6,7 ×10³⁰ | 1971 |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| ISABELLE (США, Брук-хейвен) | | 2 ´200 ․10³ | 428 | | проектируется |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| РЕР (США, Станфорд) | е⁺е^- | 2 ´15 ․10³ | 350 | 10³² | проектируется |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| SUPER ADONE (Италия, Фраскати) | е⁺е^- | 2 ´12 ․10³ | 136 | 10³² | проектируется |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Краткая история развития У. на в. п. Разработка и сооружение экспериментальных установок для исследований на встречных пучках частиц были начаты в 1956 во многих лабораториях в СССР и за рубежом после опубликованного предложения амер. физика Д. У. Керста. В течение 1956-66 преимущество в реализации встречных пучков было отдано лёгким стабильным частицам - электронам и позитронам (предложение о реализации ускорителей со встречными электрон-позитронными пучками принадлежит Будкеру), для которых ультрарелятивистские скорости достигаются при энергиях в сотни Мэв. Первые установки на встречных е^- е^- и е^- е ⁺ пучках были созданы в институте ядерной физики Сибирского отделения АН СССР (Будкер, А. А. Наумов с сотрудниками), в Станфордском центре линейных ускорителей (амер. физик В. К. Панофский и др., США), в Лаборатории линейных ускорителей во Фраскати (С. Тазарри и др., Италия), в Лаборатории ускорителей в Орсе (П. Марин и др., Франция).

В связи с запуском в 1959-60 высокоэнергичных ускорителей протонов в ЦЕРНе (Швейцария) на 28 Гэв и в США на 33 Гэв открылись реальные возможности для создания накопительных колец на встречных рр пучках. В 1971 в ЦЕРНе были запущены два накопительных кольца для встречных рр пучков с энергией 31,4 Гэв (К. Йонсен с сотрудниками). Успешная эксплуатация этой установки при циркулирующих токах протонов 22-25 а и светимости 6,7-10³⁰ см^-2 сек^-1 стимулировала дальнейшее развитие проектных работ по рр, рp̃ и pe^- накопительным установкам высоких энергий. Идёт разработка ещё 6 проектов (кроме указанных в табл.) в СССР, США и Великобритании, реализация которых предполагается в 1980-90.

Лит.: Kerst D. W., Properties of an intersectingbeam accelerating system, CERN Symposium, v. I, Gen., 1956, p. 36; Будкер Г. И., Наумов А. А. и др., Работы по встречным электрон-электронным, позитрон-электронным и протон-протонным пучкам в Институте ядерной физики СО АН СССР, в кн.: Труды Международной конференции по ускорителям. Дубна. 1963, М., 1964, с. 274-87; Jonsen К. [а. о.], Some problems connected with the use of intersecting proton storage rings, там же, с. 312-25; Будкер Г. И., Ускорители и встречные пучки, в кн.: Труды VII Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий, т. 1, Ер., 1970, с. 33; Труды IV Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Москва. 1974, М., 1975, т. 2, с. 300-318.

В. П. Дмитриевский.

Рис. 1. Схема ускорителя на встречных электрон-позиторонных пучках. Пучок ускоренных в синхротороне С электронов (е^-) выводится по каналу 1 и попадает на мишень М, в которой рождаются позитроны (е⁺). В течение некоторого времени позитроны накапливаются в накопительном кольце НК, после чего включаются поворотные магниты ПМ, с помощью которых электронный пучок из С направляется по каналу 2 в НК навстречу позитронам, и происходит столкновение пучков е⁺ е^- (КЛ - фокусирующие магнитные квадрупольные линзы).

Рис. 2. а - схема расположения синхрофазотрона (СФ) и двух пересекающихся накопительных колец НК, в которых происходят протон-протонные столкновения (установка в ЦЕРНе); 1-8 - места пересечения колец; стрелки указывают направление движения протонов (р); K₁, K₂ - каналы для ввода протонов в НК (в бустере производится предварительное ускорение протонов; в НК протоны дополнительно ускоряются до 31,4 Гэв). б - деталь пересечения пучков протонов между сечениями AA'; 1 - элементы структуры магнита, фокусирующего пучки протонов.

заряженных частиц, ускорители, в которых траектории частиц близки к прямой линии; см. Ускорители заряженных частиц.