Магнітне поле повинно змінюватися з радіусом так же, як і релятивіська маса частинки, тобто

H=HO/

Тоді частота обертання ? буде залишатися сталою, рівною частоті прискорюючого поля. Так як в=v/c=?r/c, то вказаній вимозі задовольняє магнітне поле виду:

H=

При сталій ? прискорювачі, які використовують цей принцип, називають ізохронними циклотронами. Вони працюють в неперервному режимі і дають можливість отримувати сильні струми 0,1- 1 мА, що і звичайні циклотрони. Ізохронні циклотрони мають великі магніти, а тому досить дорогі.

Здавалося, що такі прискорювачі працювати не можуть, так як в них магнітне поле зростає з радіусом. Але виникаючу із-за цього вертикальну нестійкість вдається компенсувати азимутальною неоднорідністю магнітного поля досить складної форми. Розрахунки показують що це можна зробити до енергії не вище 1 Гев. Більшість ізохронних циклотронів проектуються і будуються для прискорення протонів до 50 – 100 Мев. З винайденням ізохронних циклотронів відпала необхідність в фазотронних. Більш того наявні фазотрони починають перероблювати. Так реконструюють фазотрон що знаходить в місті Дубно. Однак цей прискорювач і після реконструкції залишається фазотроном – частота прискорюючої напруги буде продовжувати дещо змінюватися, хоча і в суттєво меншому діапазоні ніж раніше, це дає можливість більш ніж на порядок підвищити інтенсивність прискорючих в ньому пучків.

2.3 Фазотрон

У фазотроні використовується спосіб зміни частоти електричного поля. Фазотрон, або, як його іноді називають, синхроциклотрон, зберігає в собі майже всі риси свого попередника - циклотрона. Тут є електромагніт, але тільки збільшених розмірів, високочастотний генератор і вакуумна камера. Як і в циклотроні, прискорення починається від центру магніта. У момент впускання іонів в камеру частота електричного поля на дуантах близька до максимальної (точка t1 мал. 5). Вона відповідає нульовим швидкостям іонів і, отже, постійній масі. У міру збільшення швидкості іонів, частота зменшується до свого мінімального значення, яке відповідає найбільшій енергії іонів. Дещо раніше цього моменту прискорені частинки або ударяються у мішень, або виводяться назовні (точка t2) - Після того, як частота досягне знову максимального значення, починається новий цикл прискорення.

Мал. 5 Зміна частоти у фазотроні.

Познайомимося з даними одно з найбільших фазотронів, працюючого в СРСР з 1949 р. і належного Об'єднаному інституту ядерних досліджень.У цьому прискорювачі протони розгоняться до енергії 680 Мев. Магніт прискорювача має висоту триповерхового будинку і важить 7000 тонн. Діаметр його полюсів складає 6 метрів. Значний спад магнітного поля від центру до країв (4,9%) забезпечує краще чим в циклотроні, вертикальне фокусування пучка. Тут можна допустити сильніший, ніж в циклотроні, спад магнітного поля, не боячись виходу частинок з резонансу. Полюси магніта є одночасно кришками величезної вакуумної камери, об'єм якої більше тридцяти кубічних метрів. У центрі камери, що відкачується могутніми насосами, поміщається іонне джерело. До нього по трубопроводу від розташованого зовні балона підводиться газоподібний водень (у разі прискорення протонів). Зазвичай у фазотронах обмежуються лише одним дуантом, другим, заземленим електродом є сама вакуумна камера. На дуант фазотрону подається невелика, якщо порівнювати з циклотроном, змінна напруга. Амплітуда його не перевищує 15-20 кіловольт. За час прискорення протонів до 680 Мев маса їх збільшується більш ніж на 72 відсотки. Щоб змінити частоту електричного поля за час прискорення іонів, вдаються до наступного прийому. До дуанту фазотрону приєднують конденсатор, одна з обкладок якого обертається у вакуумі з великою швидкістю. При цьому ємність конденсатора і, отже, ємність всього контура дуанта, періодично змінюється в потрібних межах. Відповідно змінюється і власна частота контура дуанта, залежна від його ємності і індуктивності. Високочастотний генератор з самозбудженням, пов'язаний з таким контуром, створює в нім коливання з частотою, рівній власній частоті контура.

Інтенсивність, що отримується у фазотроні, в сотні раз поступається інтенсивностями в циклотроні. Таке значне падіння інтенсивності властиве всім прискорювачам, що використовують явище автофазування, і пов'язано з скороченням часу захоплення частинок в режимі прискорення. Якщо в циклотроні захоплення іонів відбувається протягом значної частини періоду 1/7-1/9, то у фазотроні може успішно почати прискорення тільки нікчемна частина всіх іонів, що безперервно випускаються джерелом. Це будуть іони, що потрапили в камеру в той короткий проміжок часу, коли частота електричного поля відповідає нульовим швидкостям частинок. Іони, що потрапили в камеру раніше або пізніше, не зможуть прискорюватися резонансно, оскільки частота не буде вже відповідною для них. Але у такому разі немає сенсу безперервно направляти в камеру іони. Іонне джерело фазотрону зазвичай випускає іони тільки під час захоплення. Завдяки цьому вдається збільшити імпульсний іонний струм. На внутрішню мішень, встановлену недалеко від краю полюса, потрапляє 1,8Ч10-12 протонів в секунду. Імпульси слідують один за іншим з інтервалом біля однієї сотої секунди.

Значно важче вивести пучок протонів з камери назовні. Крок спіралі, по якій розкручуються частинки у фазотроні, дуже невеликий. Тому тут не вдається ефективно використовувати для відхилення пучка постійне електричне поле, як це робиться в циклотроні. Фахівцями був розроблений оригінальний спосіб виведення пучка з фазотрону. У потрібний момент в певних місцях штучно створюються неоднорідності магнітного поля. Завдяки