Большая Советская Энциклопедия (АВ)

Но в ускорителе одновременно ускоряются сотни и тысячи миллиардов частиц, имеющих разброс по энергиям, а значит, и по массам. Следовательно, частицы будут иметь различные частоты обращения w. Поэтому невозможно осуществить точный резонанс с ускоряющим полем для движения всего множества ускоряемых частиц. До открытия принципа А. эта трудность казалась непреодолимой.

Векслер и Макмиллан показали, что именно благодаря зависимости частоты обращения частиц от их энергии (массы), приводящей к нарушению точного синхронизма движения частиц с ускоряющим полем, само поле будет автоматически осуществлять для большого количества частиц подстройку синхронизма в среднем. Иными словами, в случае, когда w зависит от энергии, ускоряющее поле частоты w₀ (которая может и медленно меняться) заставляет частицы двигаться по орбитам с частотами, в среднем равными (или кратными) частоте w₀, т. е. реализует резонанс в среднем; при этом фазы частиц колеблются и концентрируются около одной фазы j₀ (см. ниже), которая называется синхронной, или равновесной. Это явление и называется А.

Т. о., А. приводит к тому, что частицы в среднем обращаются синхронно с изменением ускоряющего поля: w_ср = w₀.

Рассмотрим, как осуществляется А. в циклическом ускорителе с однородным и постоянным во времени магнитным полем и при q = 1. Частота обращения частиц в таком ускорителе обратно пропорциональна их массе, а следовательно, их полной энергии (равной сумме энергии покоя и кинетической энергии). Синхронная частица (воображаемая частица, которая движется в точном резонансе с ускоряющим полем) будет ускоряться при одной и той же фазе j₀ и каждый раз получать энергию eV₀ cos j₀. Для того чтобы движение частиц по орбитам было устойчивым, т. е. чтобы частицы с фазами j¹j₀ не выпадали из режима ускорения, синхронная фаза j₀ должна быть положительной — находиться на спаде ускоряющего напряжения (рис. 1). Действительно, частица с меньшей энергией, для которой частота обращения w > w₀ и которая в некоторый момент движется вместе с синхронной, в дальнейшем будет опережать синхронную, попадать в ускоряющий промежуток раньше и ускоряться при меньшей фазе j₁0. Следовательно, она получит большую энергию: eV₀ cos j₁ > eV₀ cos j₀, и её частота начнёт уменьшаться, так что в какой-то момент наступит точный резонанс, w = w₀. Но этот резонанс является только мгновенным — ведь частица по-прежнему будет получать от поля большую энергию и её частота w будет некоторое время продолжать уменьшаться и станет меньше синхронной, w < w₀. Тогда частица начнёт отставать от синхронной, будет получать меньшую энергию от ускоряющего поля, чем синхронная частица, и её частота станет вновь расти.

Аналогичный процесс происходит и с частицей, отставшей от синхронной и попадающей в ускоряющий промежуток несколько позже, при фазе j₂>j₀. Такая частица будет получать от поля меньшую энергию, её частота начнёт расти, и частица будет догонять синхронную.

Т. о., частоты обращения частиц совершают медленные по сравнению с частотой обращения колебания около значения w₀. Соответственно колеблются фазы частиц около значения j₀, а средняя их фаза является устойчивой: j_ср = j₀ (отсюда название — фазовая устойчивость, или А.). Поэтому в среднем будет автоматически поддерживаться синхронизм между движением частиц и ускоряющим полем. Одновременно совершают колебания и другие характеристики движения частиц (энергия, радиус орбиты) около их равновесных значений, отвечающих синхронной частице. Эти колебания фазы и связанные с ними колебания радиуса орбиты частиц называются радиально-фазовыми.

А. действует и в линейных резонансных ускорителях протонов, в которых (в отличие от циклических ускорителей) частота прохождения частицей последовательных ускоряющих промежутков (расположенных по прямой линии) прямо пропорциональна скорости её движения, т. е. увеличивается с ростом энергии. Однако устойчивая синхронная фаза в линейных ускорителях отрицательна — лежит на подъёме ускоряющего электрического напряжения (рис. 2). Тогда при пролёте частицей ускоряющего промежутка поле возрастает, так что отстающая частица (с фазой j₂>j₀) получает большую энергию и начинает догонять синхронную частицу, а опережающая (с фазой j₁0) — меньшую энергию и также начинает приближаться к синхронной.