---------------------------    URYCHLOVAČE ČÁSTIC     ---------------------------
 
Fyzikální principy  
 
   
Abychom porozuměli funkci urychlovačů částic, musíme si připomenout znalosti z několika fyzikálních oblastí - o pohybu těles, o skládání pohybů, o elektrickém a magnetickém poli. Podrobnější vysvětlení uvádí každá středoškolská učebnice fyziky.
 
Pohyb těles - kinematika
• Rovnoměrný přímočarý pohyb
Dráha je přímo úměrná času, rychlost pohybu je konstantní, zrychlení je nulové:
     s = vt   v = konst.   a = 0
• Rovnoměrně zrychlený pohyb Dráha je přímo úměrná druhé mocnině času, rychlost je přímo úměrná času, zrychlení je konstantní:
     s = at2/2   v = at   a = konst
Složené pohyby
Jestliže má těleso současně vykonávat dva nebo více pohybů, vznikne jeho výsledná dráha složením jednotlivých pohybů.
• Vodorovný vrh
Těleso se pohybuje svisle dolů volným pádem a vodorovně rovnoměrným přímočarým pohybem. Dráha pohybu ve vákuu je parabola.
• Vrh šikmo vzhůru
Těleso se pohybuje svisle dolů volným pádem a šikmo vzhůru rovnoměrným přímočarým pohybem. Dráha pohybu ve vákuu je parabola. Nejdále doletí těleso, vržené pod úhlem 45°.
Nabitá částice v elektrickém poli
Elektrické pole působí jenom na nabité částice. Z mnoha možností uvedeme pouze dva případy pohybu v homogenním elektrickém poli:
• Částice je původně v klidu
Na částici působí konstantní síla, pohybuje se ve směru siločar rovnoměrně zrychleným pohybem po přímce. Její rychlost roste. Toho se využívá např. v lineárním urychlovači.
     s = at2/2   v = at   a = konst.
 
• Částice vnikne do el. pole kolmo k siločarám
Částice vykonává pohyb složený z rovnoměrného pohybu v původním směru a rovnoměrně zrychleného pohybu ve směru siločar. Výslednou dráhou je parabola, rychlost roste.
Tímto způsobem jsou vychylovány např. elektrony v televizní obrazovce.
Nabitá částice v magnetickém poli
Magnetické pole působí jen na pohybující se nabitou částici. Je-li částice v klidu (v = 0), magnetické pole na ni vůbec nepůsobí!
• Částice vnikne do mag. pole kolmo k indukčním čarám
Homogenní magnetické pole působí na nabitou částici silou F:
     F = BQv
kde B je indukce magnetického pole, Q náboj částice a v je rychlost jejího pohybu.
Magnetická síla působí na částici o hmotnosti m kolmo na směr jejího pohybu a částice se začne pohybovat po kruhové dráze. Její poloměr r se vypočítá ze vztahu:
     r = mv / BQ
Z odstavců o působení elektrického a magnetického pole na nabitou částici vyplývají pro konstrukci urychlovačů tři důležité závěry:
•  Elektrické pole se využívá k urychlování částic, případně k zakřivení jejich dráhy.
•  Magnetické pole slouží pouze k zakřivení dráhy částic.
•  Vhodnou kombinací elektrického a magnetického pole můžeme částici urychlovat a současně měnit směr jejího pohybu.

Hmotnostní spektrograf
Hmotnostní spektrograf je přístroj, který na základě působení elektrického a magnetického pole na nabité částice slouží k určování hmotnosti částic a oddělování různých izotopů téhož prvku. První přístroj tohoto typu sestrojil v roce 1919 F. Aston. Směs různých iontů nejprve prochází elektrickým polem, které je rozdělí podle rychlosti. Pak vstupují do magnetického pole, které soustředí částice o stejné hmotnosti do jednoho místa. Právě pomocí hmotnostního spektrografu bylo zjištěno, že chemické prvky jsou směsí několika izotopů, které se liší jen počtem neutronů v jádře.
 

Rozdělení iontů elektr. a magnet. polem
Pracoviště hmotnostního spektrografu


 
  
 

3. kapitola
Začátek článku
Obsah