БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (АВ)

Лит. см. при статье Трансформатор .

Электрическая схема автотрансформатора: U в — высшее напряжение; W в — обмотка высшего напряжения; U н — низшее напряжение; W н — обмотка низшего напряжения.

Автотропи'зм(от авто… и греческого trópos — поворот, направление), способность органов растения распрямляться после того, как раздражение, вызвавшее изгиб, перестаёт действовать. А. проявляется, например, у злаков, полёгших после дождя. См. Тропизмы.

Автотро'фные органи'змы(от авто… и греческого trophē — пища), аутотрофные организмы, синтезирующие из неорганических веществ необходимые для жизни органические вещества. Роль А. о. в природе огромна, т. к. они создают все органические вещества, которые не могут синтезировать человек и почти все животные (см. Гетеротрофные организмы). К А. о. относятся высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли и некоторые бактерии. Высшие растения и водоросли, содержащие хлорофилл, являются фотосинтетиками; они синтезируют органическое вещество из простых соединений — углекислого газа и воды — за счёт солнечной энергии (см. Фотосинтез ). Автотрофные бактерии — хемосинтетики — синтезируют органическое вещество из минеральных соединений за счёт энергии некоторых химических реакций (см. Хемосинтез ). Например, почвенные бактерии Nitrosomonas и Nitrobacter окисляют аммиак до солей азотистой и азотной кислот и используют освобождающуюся энергию на построение тела; железобактерии используют энергию окисления закисных форм железа; серобактерии окисляют сероводород до солей серной кислоты (одни виды серобактерий бесцветны и являются типичными хемосинтетиками, другие, например пурпурные серобактерии, окрашены и способны к фоторедукции, т. е. фотосинтезу, при котором источником водорода для восстановления углекислого газа служит не вода, а сероводород). Исключительно велика роль А. о. в круговороте веществ в природе.

Лит.: Вернадский В. И., Живое вещество первого и второго порядка в биосфере, Избр. соч., т. 5, М., 1960, с. 63–71.

Автофазиро'вка,явление, обеспечивающее ускорение электронов, протонов, альфа-частиц, многозарядных ионов до высоких энергий (от нескольких Мэв до сотен Гэв ) в большинстве ускорителей заряженных частиц ; открыто советским физиком В. И. Векслером в 1944 и независимо от него американским физиком Э. Макмилланом в 1945. Принципиальную роль это явление сыграло в повышении предела достижимых энергий в циклических ускорителях.

В циклических ускорителях частицы совершают движение по орбитам в специальной вакуумной камере, помещенной в магнитное поле, и многократно проходят через ускоряющие электроды. Ускорение частиц происходит под действием высокочастотного электрического поля, приложенного к ускоряющим электродам. Для непрерывного ускорения частиц необходимо, чтобы в моменты ускорения направления движения частицы и электрического поля совпадали; для этого нужно обеспечить синхронизм (резонанс) между движением частиц и изменением электрического поля. Если амплитуда разности потенциалов между электродами равна V 0, то приобретаемая частицей с зарядом е энергия D Е при каждом прохождении через ускоряющий промежуток равна D Е = e V 0cosj, где (j — фаза электрического поля в момент прохождения частицы, отсчитываемая от его максимального значения. Фазу поля j, при которой частица пролетает через ускоряющий промежуток, называют для краткости фазой частицы.

Чтобы частица двигалась синхронно с изменением ускоряющего поля, её частота обращения w должна быть равна или кратна частоте w 0электрического поля: w 0= q w, где q — целое число (кратность резонанса). Тогда частица будет проходить ускоряющие электроды при одном и том же значении фазы j и при каждом прохождении получать от поля одну и ту же энергию. Поэтому она будет всё время ускоряться.

Такая ситуация выполняется в циклотроне— единственном резонансном ускорителе, который существовал до открытия принципа А. В циклотроне частицы движутся в постоянном магнитном поле Н с постоянной частотой обращения w = eH/mc (где m — масса частицы, с — скорость света). Поэтому при частоте ускоряющего электрического поля w 0 = w для всех частиц наблюдается точный резонанс с полем.

Однако при достижении достаточно большой энергии массу m уже нельзя считать постоянной: начинает сказываться эффект увеличения массы частицы с ростом энергии (см. Относительности теория). Возрастание массы приводит к уменьшению частоты обращения w и к нарушению резонанса между движением частицы и ускоряющим полем. Частицы перестают получать энергию от электрического поля и выпадают из режима ускорения. Поэтому в обычном циклотроне существует предельная энергия, выше которой ускорение невозможно. Для протонов этот предел энергии составляет примерно 20 Мэв.

Для сохранения резонанса можно, например, медленно снижать частоту w 0ускоряющего поля в соответствии с уменьшением w или медленно изменять напряжённость магнитного поля Н, чтобы компенсировать уменьшение частоты w (или вместе и то и другое).

Но в ускорителе одновременно ускоряются сотни и тысячи миллиардов частиц, имеющих разброс по энергиям, а значит, и по массам. Следовательно, частицы будут иметь различные частоты обращения w. Поэтому невозможно осуществить точный резонанс с ускоряющим полем для движения всего множества ускоряемых частиц. До открытия принципа А. эта трудность казалась непреодолимой.

Векслер и Макмиллан показали, что именно благодаря зависимости частоты обращения частиц от их энергии (массы), приводящей к нарушению точного синхронизма движения частиц с ускоряющим полем, само поле будет автоматически осуществлять для большого количества частиц подстройку синхронизма в среднем. Иными словами, в случае, когда w зависит от энергии, ускоряющее поле частоты w 0(которая может и медленно меняться) заставляет частицы двигаться по орбитам с частотами, в среднем равными (или кратными) частоте w 0, т. е. реализует резонанс в среднем; при этом фазы частиц колеблются и концентрируются около одной фазы j 0(см. ниже), которая называется синхронной, или равновесной. Это явление и называется А.

Т. о., А. приводит к тому, что частицы в среднем обращаются синхронно с изменением ускоряющего поля: w ср= w 0.

Рассмотрим, как осуществляется А. в циклическом ускорителе с однородным и постоянным во времени магнитным полем и при q = 1. Частота обращения частиц в таком ускорителе обратно пропорциональна их массе, а следовательно, их полной энергии (равной сумме энергии покоя и кинетической энергии). Синхронная частица (воображаемая частица, которая движется в точном резонансе с ускоряющим полем) будет ускоряться при одной и той же фазе j 0и каждый раз получать энергию e V 0cos j 0. Для того чтобы движение частиц по орбитам было устойчивым, т. е. чтобы частицы с фазами j¹j 0не выпадали из режима ускорения, синхронная фаза j 0должна быть положительной — находиться на спаде ускоряющего напряжения ( рис. 1 ). Действительно, частица с меньшей энергией, для которой частота обращения w > w 0и которая в некоторый момент движется вместе с синхронной, в дальнейшем будет опережать синхронную, попадать в ускоряющий промежуток раньше и ускоряться при меньшей фазе j 10. Следовательно, она получит большую энергию: e V 0cos j 1> e V 0cos j 0, и её частота начнёт уменьшаться, так что в какой-то момент наступит точный резонанс, w = w 0. Но этот резонанс является только мгновенным — ведь частица по-прежнему будет получать от поля большую энергию и её частота w будет некоторое время продолжать уменьшаться и станет меньше синхронной, w < w 0. Тогда частица начнёт отставать от синхронной, будет получать меньшую энергию от ускоряющего поля, чем синхронная частица, и её частота станет вновь расти.