2) невозможно, возможным является ускорение частиц только до одной энергии, фиксированной для данной конструкции ускорителя
3) возможно посредством изменения величины частоты ускоряющего поля
4) возможно посредством изменения величины магнитного поля
В высоковольтных электростатических ускорителях частица приобретает кинетическую энергию при прохождении разности электрических потенциалов. Для частицы с зарядом q прирост энергии определяется соотношением E = qU, где U — ускоряющее напряжение. Поэтому изменение величины напряжения непосредственно изменяет энергию пучка: повышение разности потенциалов увеличивает конечную энергию частиц, а снижение — уменьшает её.
Такой принцип характерен для генераторов Кокрофта—Уолтона, ускорителей Ван-де-Граафа и других установок с постоянным высоковольтным полем. Частота ускоряющего поля в них не является основным регулирующим параметром, поскольку ускорение происходит в электростатическом, а не в переменном радиочастотном поле. Магнитное поле может использоваться для фокусировки, отклонения и энергетического анализа пучка, но само по себе не совершает работу над заряженной частицей и не определяет прирост её кинетической энергии.
| Параметр или подход | Физическая роль | Влияние на конечную энергию |
|---|---|---|
| Ускоряющее напряжение | Создаёт разность потенциалов, в которой частица получает энергию | Непосредственно изменяет энергию по закону E = qU |
| Заряд частицы | Определяет величину взаимодействия с электрическим полем | При одинаковом напряжении частица с большим зарядом получает большую энергию |
| Частота ускоряющего поля | Критична для линейных радиочастотных ускорителей и циклотронов | Для электростатического высоковольтного ускорителя не является основным средством регулировки энергии |
| Магнитное поле | Отклоняет траекторию, фокусирует или сортирует частицы по импульсу | Не увеличивает кинетическую энергию частицы |
| Стабильность напряжения | Обеспечивает постоянство ускоряющего электрического поля | Определяет энергетическую стабильность и ширину спектра пучка |
| Число последовательных ускоряющих промежутков | Позволяет многократно использовать разность потенциалов в тандемных системах | Увеличивает суммарную достигаемую энергию |
Точная регулировка напряжения особенно важна в лучевой терапии, радиобиологических исследованиях и производстве радионуклидов, поскольку энергия пучка определяет глубину проникновения и характер взаимодействия излучения с веществом. Нестабильность высокого напряжения приводит к колебаниям энергии и ухудшению воспроизводимости дозиметрических характеристик. Для контроля применяют высоковольтные делители, анализирующие магниты и системы обратной связи. Таким образом, ускоряющее напряжение является одновременно основным энергетическим и метрологическим параметром высоковольтного ускорителя.