Большая Советская Энциклопедия (ФО)

Фокусиро'вка частиц в ускорителях, обеспечивает устойчивость поперечного (перпендикулярного к орбите) движения заряженных частиц. В большинстве случаев Ф. частиц может быть исследована независимо от устойчивости в продольном (вдоль орбиты) направлении (фазировки). В зависимости от типа ускорителя частицы проходят путь от нескольких м до сотен тыс. км. Частицы отклоняются от равновесной орбиты; эти отклонения связаны с разбросом частиц по координатам и углам влета при впуске (инжекции) в ускоритель, а также с начальным разбросом по энергиям. В процессе ускорения эти отклонения могут возрастать из-за соударений с молекулами остаточного газа в камере ускорителя, из-за несовершенства магнитной и ускоряющей систем, а также из-за кулоновского отталкивания между частицами. Ф. должна быть достаточно сильной, чтобы совокупное действие всех перечисленных факторов не приводило к попаданию частиц на стенки камеры ускорителя. Сила Ф. определяет при прочих равных условиях максимальное число ускоряемых частиц.

  Наиболее распространена магнитная Ф., которая обеспечивается определённой конфигурацией магнитного поля и зависит главным образом от показателя магнитного поля n (В ~ r ^-n , где В – магнитная индукция, r – радиус, отсчитываемый от центра кривизны орбиты). В осесимметричном магнитном поле (в циклотроне, бетатроне, в первых синхротронах и синхрофазотронах) осуществляется т. н. слабая, или однородная, Ф. при 0 < n < 1. Сильная, или знакопеременная, Ф. осуществляется в периодическом по азимуту магнитном поле, например при n = n ₀ sin (N j), где j – азимут, N – число периодов на орбите. Допустимые значения n ₀ > 1 зависят от N. На практике используют секторные фокусирующие (Ф; n > 0) и дефокусирующие (Д; n < 0) магниты с прямолинейными промежутками (О) без магнитного поля – типа ФОДО, ФДОДФО и др. В линейных ускорителях знакопеременная Ф. достигается с помощью магнитных квадрупольных линз. Применение сильной Ф. позволило существенно уменьшить поперечные размеры камеры ускорителей, т. е. снизить вес магнитов, а следовательно, и стоимость ускорителей.

  Электрическая Ф. частиц используется только при небольших энергиях тяжёлых частиц в циклотроне и в линейных ускорителях. Принципы электрической Ф. не отличаются от принципов, применяемых в электронной оптике. См. Ускорители заряженных частиц .

  М. С. Рабинович.

Фокусировка звука

Фокусиро'вка зву'ка, преобразование плоских или расходящихся сферических или цилиндрических акустических волн в сходящиеся. Так же как для оптических и радиоволн, Ф. з. осуществляется методами отражения или преломления. Естественная Ф. з. наблюдается, например, в пещерах со сводчатым потолком. Частичная Ф. з. наблюдается в подводном звуковом канале в морях и океанах. В процессе Ф. з. происходит концентрация энергии звуковых волн, которая достигает максимальной величины в фокусе, совпадающем обычно с радиусом кривизны сходящегося волнового фронта. Для Ф. з. пользуются фокусирующими системами, которые подразделяются на активные и пассивные. Первые представляют собой вогнутый излучатель, непосредственно создающий сходящийся волновой фронт (например, концентраторы акустические ), тогда как вторые изменяют акустическую длину пути kL (где k – волновое число, L – геометрическая длина пути) таким образом, что преобразуют плоский или расходящийся волновой фронт в сходящийся (например, акустические линзы ). Основными характеристиками качества Ф. з. являются форма и размеры фокальной области и т. н. коэффициент усиления по звуковому давлению, представляющий собой отношение звукового давления в центре (или на оси) фокальной области к давлению на входе системы. Для простейшего случая осесимметричного круглого пучка, сходящегося под малым углом, основная энергия оказывается сосредоточенной внутри т. н. фокального пятна, представляющего собой в данном случае окружность радиусом r₀ = 0,61lF/R , а коэффициент усиления, без учёта потерь, равен К = pR ² /lF, где l – длина волны, F – фокусное расстояние, R – радиус зрачка фокусирующей системы.

  Ф. з. используется для получения звукового изображения в звуковизорах, в ультразвуковом микроскопе, в системах звуковой голографии и т.п.; для формирования заданной характеристики направленности акустических излучателей и приёмников; в системах сканирования ультразвукового луча в приборах медицинской диагностики и т.п.; для концентрации ультразвуковой энергии с целью её использования в технологических процессах, в ультразвуковой хирургии и т.п.

  Лит.: Матаушек И., Ультразвуковая техники, пер. с нем., М., 1962; Розенберг Л. Д., Звуковые фокусирующие системы, М. – Л., 1949; его же, Фокусирующие излучатели ультразвука, в кн.: Источники мощного ультразвука, М., 1967 (Физика и техника мощного ультразвука, [кн. 1]).

Фокусное расстояние