14

Лекция 1. Понятие физической установки (фу). Микрочастицы и физические поля в фу. Коллективы микрочастиц в фу

Под ФУ понимается прибор, в рабочем объеме которого осуществляется целенаправленное взаимодействие различных коллективов микрочастиц и физических полей, обеспечивающее по заданной программе изменение их физические характеристики, поглощение, а также генерацию новых коллективов микрочастиц и физических полей. Такими коллективами микрочастиц могут быть ускоренные до различных энергий пучки заряженных частиц, направленные потоки плазмы и нейтральных атомов, нейтронные потоки в размножающих средах и т.д.

Физические поля в ФУ могут проявляться на макроскопическом и микроскопическом уровнях. В первом случае можно говорить об электромагнитных, термодинамических и механических полях (см. рис.1). Последние могут носить гравитационный, инерционный или упругий характер. На микроскопическом уровне взаимодействие коллективов микрочастиц между собой осуществляется посредством электромагнитных и ядерных полей, а также силовых полей молекулярного притяжения и расталкивания. На рис.1 представлена обобщенная блок- схема любой ФУ.

Рис.1.1. Обобщенная блок- схема ФУ: 1- источники исходных коллективов микрочастиц и физических полей; 2- рабочий объем; 3- система формирования и вывода выходных коллективов микрочастиц. 4- исполнительный блок управления формированием исходных коллективов; 5- система формирования исходных физических полей; 6- система вывода вторичных физических полей; 7- блок анализа и управления процессами вывода; 8- компьютерное устройство или оператор.

Предметом данного курса является изучение ФУ, которые находят применение в физике элементарных частиц, ядерной физике, физике твердого тела, ядерной энергетике, электронных и плазменных технологиях, промысловой и разведочной геофизике, геологии, элементном анализе состава вещества, неразрушающем контроле, медицине, биофизике, экологии и т.д. вплоть до криминалистики, археологии и истории.

Примеры ФУ (в соответствии с представленной схемой):

1. Линейный резонансный ускоритель электронов (ЛУЭ). 1. Инжектор электронов. 2. Ускоряющий волновод; 3. Система отклоняющая пучок, мишень и т.д.; 4. Блок управления и запуска инжектора; 5. СВЧ- генератор; 6- поглощающая нагрузка или рекуператор; 7- датчики параметров пучка электронов, детекторы γ- квантов или нейтронов; 8. Компьютерное устройство или оператор.

Первичный коллектив микрочастиц- электронный поток; вторичный коллектив- ускоренный электронный поток, γ- кванты, нейтроны.

2. Исследовательский ядерный реактор. 1- делящееся вещество, кадмий, ядра замедлителя; 2- активная зона; 3- нейтронные каналы; 4- блок управления кадмиевым поглотителем; 5- внешний источник нейтронов или γ- квантов (если такие используется); 6- нейтронный отражатель и биологическая защита; 7- детекторы нейтронов и γ- квантов.

3. Стиральная машина. 1- белье; 2- бак с горячей водой; 3- система вывода грязи с водой; 4- блок управления и запуска; 5- двигатель, создающей в баке поле центробежных сил; 6- канал для слива грязной воды в канализацию; 7- таймер; 8- процессор или домохозяйка.

Здесь и далее в качестве единиц энергии микрочастиц будут использоваться электрон-вольты, как это принято в атомной и ядерной физике. 1эВ=1.6 10^-19 Дж. Такую энергию приобретает элементарный электрический заряд е=1.6 10^-19 Кл пройдя разность потенциалов 1В. Для измерения больших энергий микрочастиц используются так же единицы: 1кэВ=10³эВ, 1МэВ=10⁶эВ, 1Гэв=10⁹эВ, 1ТэВ=10⁹эВ.

Энергии микрочастиц в действующих или проектируемых ФУ перекрывают диапазон от 10 эВ до 10 ТэВ.

В данном курсе будут рассмотрены принципы действия сильноточных источников ионов и электронов, нейтронных генераторов, управляемых источников гамма- квантов, масс-спектрометров, отдельных реакторных систем, проекты термоядерных установок, основы физики протекающих в этих ФУ процессов. связанных с ускорением заряженных микрочастиц, а так же взаимодействием и образованием заряженных и нейтральных микрочастиц.