Пучок заряженных частиц

Пучок заря́женных частиц — это группа электрически заряженных частиц, которые имеют близкое положение в пространстве, имеют примерно одинаковую энергию и движутся примерно в одном направлении^[1]. Чёткое определение часто вызывает затруднения, в особенности при попытке провести границу между пучком заряженных частиц и плазмой^[2].

Пучки частиц можно характеризовать несколькими основными параметрами:

• Тип частиц. Как правило, пучок состоит из частиц одного вида: электроны, протоны, позитроны, мюоны, ионы конкретного изотопа и зарядности, молекулярные ионы и т.п. Однако, в некоторых случаях пучок может быть смешанным, либо вследствие нежелательного загрязнения, например, во вторичных пучках, пучках короткоживущих частиц, либо намеренно содержать две компоненты^[3].
• Энергия. Диапазон энергий очень велик, максимальная достигнутая в лаборатории энергия пучка протонов 6.8 ТэВ в коллайдере LHC^[4].
• Продольная структура: пучок может быть непрерывным, либо сгруппированным в сгустки
• Интенсивность. В зависимости от задач варьируется от единичных частиц до 2×10^14[5]. Интенсивность можно также характеризовать током пучка, средним или пиковым.
• Размеры пучка и его угловой разброс, характеризуются эмиттансом.

Пучки заряженных частиц имеют очень широкое применение в самых разных областях. Пучки высокой энергии используются для экспериментов в физике элементарных частиц. Такие пучки можно разделить на два основных класса:

• несгруппированные пучки (coasting beams или DC-пучки), которые не имеют продольной подструктуры в направлении движения пучка;
• сгруппированные пучки, в которых частицы распределены в сгустки (они наиболее распространены в современных установках, поскольку большинство современных ускорителей частиц требуют сгруппированных пучков для ускорения).