Magnes dipolowy - Dipole magnet

Pole magnetyczne prostego magnesu sztabkowego

Dipol magnetyczny to najprostszy typ magnesu . Ma dwa bieguny, jeden północny i jeden południowy. Jego linie pola magnetycznego tworzą proste zamknięte pętle, które wychodzą z bieguna północnego, ponownie wchodzą na biegun południowy, a następnie przechodzą przez korpus magnesu. Najprostszym przykładem magnesu dipolowego jest magnes sztabkowy .

Magnesy dipolowe w akceleratorach

Magnes dipolowy z Advanced Photon Source
Magnes dipolowy plazmowego spektrometru masowego

W akceleratorach cząstek , A magnes dipol jest elektromagnes stosowany do tworzenia jednorodnego pola magnetycznego, na pewnej odległości. Ruch cząstki w tym polu będzie kołowy w płaszczyźnie prostopadłej do pola i współliniowy do kierunku ruchu cząstki oraz swobodny w kierunku do niego prostopadłym. W ten sposób cząsteczka wstrzyknięta do magnesu dipolowego będzie podróżować po trajektorii kołowej lub śrubowej . Dodanie kilku odcinków dipola na tej samej płaszczyźnie zwiększa promieniowy efekt zginania belki.

W fizyce akceleratorów magnesy dipolowe są wykorzystywane do realizacji zakrętów w projektowanej trajektorii (lub „orbicie”) cząstek, tak jak w akceleratorach kołowych. Inne zastosowania obejmują:

Siłę działającą na naładowaną cząstkę w akceleratorze cząstek z magnesu dipolowego można opisać prawem siły Lorentza , gdzie naładowana cząstka działa z siłą

(w jednostkach SI ). W przypadku magnesu dipolowego akceleratora cząstek wiązka naładowanych cząstek jest zaginana przez iloczyn poprzeczny prędkości cząstki i wektora pola magnetycznego, przy czym kierunek jest również zależny od ładunku cząstki.

Wielkość siły, która może być przyłożona do naładowanej cząstki przez magnes dipolowy, jest jednym z czynników ograniczających nowoczesne akceleratory protonów i jonów synchrotronowych i cyklotronowych. Wraz ze wzrostem energii przyspieszanych cząstek, wymagają one większej siły, aby zmienić kierunek, wymagają sterowania większymi polami B. Ograniczenia ilości pola B, które można wytworzyć za pomocą nowoczesnych elektromagnesów dipolowych, wymagają zwiększenia rozmiaru synchrotronów/cyklotronów (a tym samym zwiększenie liczby użytych magnesów dipolowych) w celu skompensowania wzrostu prędkości cząstek. W największym współczesnym synchrotronie, Wielkim Zderzaczu Hadronów , do zaginania ścieżki wiązki cząstek wykorzystuje się 1232 główne magnesy dipolowe, z których każdy waży 35 ton.

Inne zastosowania

Inne zastosowania magnesów dipolowych do odchylania poruszających się cząstek obejmują pomiar masy izotopów w spektrometrii masowej oraz pomiar pędu cząstek w fizyce cząstek .

Takie magnesy są również używane w tradycyjnych telewizorach, które zawierają lampę elektronopromieniową , która jest zasadniczo małym akceleratorem cząstek . Ich magnesy nazywane są cewkami odchylającymi . Magnesy przesuwają pojedynczą plamkę na ekranie telewizora w kontrolowany sposób po całym ekranie.

Pole magnetyczne cylindrycznego magnesu dipolowego z przerwą o prawie stałym polu w środku. Ta sama konfiguracja pola jest uzyskiwana z dwóch nałożonych na siebie pętli prądowych.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki