Для того чтобы обеспечить непрерывный физический эксперимент с мало меняющейся светимостью установки, необходимо большое время жизни накопленных пучков частиц. Время жизни пучка (время, в течение которого интенсивность пучка уменьшается в е (2,7 раз) зависит от ряда эффектов. Главные из них – однократное и многократное рассеяние ускоренных частиц на атомах остаточного газа в камере накопителя, а для электронов и позитронов – синхротронное излучение и квантовые флуктуации; существенную роль может также играть эффект взаимного рассеяния электронов (позитронов) пучка. Экспериментальный критерий времени жизни пучка – относительная величина потери интенсивности пучков в % за 1 ч; для лучших действующих установок она составляет десятые доли % в час [для протонной установки в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРНе) – 0,1%/ч при токе 22 а ]. Такая большая величина времени жизни пучков достигается при помощи высокого вакуума в камерах накопителей пучков: 10-11 мм рт. ст. в объёме камеры и 10-12 мм рт. ст. в зонах встречи пучков.
Необходимым элементом ускорителя со встречными е- е + пучками является электрон-позитронный конвертер – металлическая мишень (с толщиной около 1 радиационной длины; на рис. 1 на прямом пучке), в которой электроны рождают тормозные гамма-кванты, а те, в свою очередь, – пары электрон-позитрон. Коэффициент конверсии – отношение числа позитронов, захваченных в накопитель, к числу электронов, выведенных из синхротрона – при энергии электронного пучка в сотни Мэв может достигать величины 10-4 для позитронного пучка с энергией, примерно вдвое меньшей энергии электронов.
Для схемы протон-протонных столкновений (рис. 2 ), реализуемой на базе двух магнитных структур с сильной фокусировкой, характерно наличие многих точек встречи пучков, что позволяет одновременно проводить несколько физических экспериментов.
Типичные параметры наиболее крупных У. на в. п. приведены в таблице.
Крупнейшие ускорители на встречных пучках и их параметры
Установка | Тип встречных пучков | Энергия, Мэв | Средний радиус орбиты, м | Светимость, см-2 ×сек-1 | Год запуска |
ВЭПП-2 (СССР, Новосибирск) | е+ е- | 2 ´700 | 1,9 | ~ 1029 | 1966 |
ВЭПП-4 (СССР, Новосибирск) | е+ е- | 2 ´3500 | 12,0 | ~ 1030 | заканчивается сооружение |
SPEAR (США, Станфорд) | е+ е- | 2 ´4500 | 37,2 | 6×1030 | 1972 |
АСО (Франция, Орсе) | е+ е- | 2 ´540 | 3,5 | 1029 | 1966 |
ADONE (Италия, Фраскати) | е+ е- | 2 ´1500 | 16,4 | 6 ×1029 | 1969 |
ISR (ЦЕРН, Швейцария, Женева) | рр | 2 ´31400 | 150 |