21.5.2. Электронные синхротроны
Размеры магнита в бетатроне можно уменьшить, если ускорять электроны высокочастотным полем, как это делается для ионов в циклотроне. Высокая частота должна быть синхронизована со средней электронной частотой, и при энергиях 
и больше скорость электронов и, следовательно, эта частота остаются практически постоянными. Такой ускоритель, названный синхротроном, был предложен независимо Векслером [108] и Макмилланом [100]. Его устройство показано на рис. 21.12, б. Радиус орбиты изменяется несильно, и поскольку частицы движутся по-прежнему внутри тороидальной камеры, то можно использовать магнитное поле. Можно избежать короткого замыкания переменного магнитного поля через высокочастотную систему, используя разницу в глубинах проникновения поля высокой частоты неосновного поля устройства. Для экономии места резонатор должен иметь малые вертикальные размеры, и в одной конструкции, описанной Фремлином и Гуденом [41], применен
специальный высокочастотный фарфор. Резонатор образуется частью вакуумной камеры, как это видно из рис. 21.12, в, а зазор, в котором возбуждается ускоряющее поле, сделан на внутренней поверхности. В этой конструкции для уменьшения вихревых токов металлические стенки резонатора сделаны слоистыми. Потребляемая синхротроном высокочастотная мощность составляет от 1 до 
напряжение — от нескольких сотен до 
в или даже больше, частота — от 10 до 
Для того чтобы электроны оставались внутри тороидальной камеры, необходимо, чтобы они приобретали на каждом обороте в среднем определенное количество энергии. Из рис. 21.12, г видно, что фаза, с которой электроны попадают в ускоряющий промежуток, устойчива [82, 83]. Равновесная фаза 
такова, что частицы приобретают определенное количество энергии. Если частица попадает в зазор раньше, скажем, с фазой 
то она приобретает несколько большую энергию, чем требуется, и движется далее по кругу большего радиуса, и в результате несколько задерживается к следующему пролету. Аналогичный процесс происходит при попадании частицы в зазор с фазой 
Эти фазовые колебания затухают со скоростью, пропорциональной 
и, таким образом, высокочастотное напряжение вызывает на каждом обороте приращение энергии [250], несколько большее минимального. Многие синхротроны начинают свой цикл ускорения, работая как бетатрон, а когда скорость нарастания магнитного потока спадает, например, из-за насыщения сердечника, то благодаря увеличению энергии высокочастотного поля обеспечивается постепенный и устойчивый переход к синхротронному виду работы.
Синхротронный принцип продемонстрирован впервые [52, 183] при модификации существовавшего 
бетатрона на энергию 
Впоследствии был построен синхротрон на 
[37], а также и на 
[24], причем магнит последнего весил 
и потреблял 
частота повторения составляла 4,5 гц, а средний ток пучка 
Была предложена [133] конструкция безжелезного синхротрона; она была реализована [76] на энергию 
причем магнитное поле создавалось большим током, протекавшим в катушках, расположенных около орбиты электронов. Верхний предел энергии, которого можно достичь на циклическом ускорителе, определяется излучением энергии, связанным с центростремительным ускорением, необходимым для сохранения круговой орбиты. Эти потери на излучение увеличиваются с ростом энергии, и наступает равновесие, при котором энергия излучения как раз равна получаемой от ускоряющего поля. Анализ этого излучения [72, 101, 142] показывает, что потери энергии за один оборот в электронвольтах в первом приближении равны
Даже для средних энергий порядка 
это излучение [105,
потери энергии на излучение за один оборот составляют 
Поскольку эти потери растут, как четвертая степень энергии, то они становятся практически неприемлемыми при энергиях порядка 
