Такой циклотрон позволяет получать дейтоны (ядра дейтерия) с энергией 16—18 Мэв. На рисунке приведена фотография действующего циклотрона с диаметром полюсов 1,5 метра. Если выпустить пучки дейтонов с большой энергией из камеры циклотрона, то можно видеть,- как в воздухе они оставляют длинною светящуюся полосу. Это свечение происходит в результате столкновения быстрых дейтонов с молекулами воздуха. Дейтон, отрывая электроны от атомов газа, производит ионизацию. А ионы, соединяясь друг с другом, излучают свет.
Но не так просто ускорять частицы до очень больших скоростей. Теория относительности утверждает, что масса тела зависит от его скорости. И практика ускорения подтверждает это положение. Масса протона, ускоренного до 5— 10 Мэв, увеличивается незначительно, и ее можно считать постоянной. Протоны же, ускоренные до энергии в 100 Мэв, увеличивают свою массу на 11 процентов против массы, когда частица покоилась. Для дейтонов и альфа-частиц той же энергии масса возрастает соответственно на 5 и 2,5 процента.
Казалось бы, ну и что из того, что масса ускоряемых частиц немного увеличилась? Какое это имеет значение? Оказывается, увеличение массы приводит к тому, что время движения частицы по полуокружности в дуанте циклотрона увеличивается. Оно перестает совпадать с полупериодом напряжения высокой частоты, становится больше его, и ион с запозданием попадает в зазор между дуантами. А это значит, что он отстает от соответствующего периода высокой частоты и после нескольких оборотов начинает тормозиться в электрическом поле обратного направления и больше не ускоряется. В циклотроне практически нельзя получить протоны с энергией больше 10 Мэв и дейтоны больше 20 Мэв.
В 1944 году советский ученый В. И. Векслер и независимо от него американец Мак-Миллан предложили новые методы ускорения заряженных частиц до больших энергий.
Оказалось, что можно сильно ускорять частицы, постепенно меняя частоту ускоряющего напряжения во время движения их по полуокружности в дуанте циклотрона. С помощью специального устройства — вариатора — частота ускоряющего напряжения меняется в соответствии с временем пролета частицы в дуанте, то есть в соответствии с изменением массы. Конечно, ускоритель с вариатором даст ничтожное число частиц, если они будут двигаться непрерывным потоком; ускоряться будут только те частицы, движение которых совпадает с изменением частоты напряжения. Остальные же потеряются, так как, не попадая вовремя к ускоряющим электродам, они станут тормозиться и в конце концов совсем выйдут из игры. Поэтому в таких ускорителях — они именуются фазотронами — частицы впускаются не непрерывно, а небольшими порциями и много раз в секунду в моменты, соответствующие наибольшей частоте. Ускоряются группы частиц аппаратом, как одна частица, до очень больших энергий.
Примерно того же результата можно достигнуть, если изменять не частоту ускоряющего напряжения, а магнитное поле. Такие аппараты — синхротроны — применяются для ускорения легких заряженных частиц — электронов.
Заслуга В. И. Векслера состоит не только в том, что он предложил новый механизм ускорения. Ему удалось доказать, что при таком движении частиц существует так называемая автофазировка, то есть в камере ускорителя частицы сами собираются в группы. Значит, нет нужды очень точно, строго в один и тот же момент периода, впускать частицы в ускоритель.
