Во-первых, электромагниты заставляют частицы «заворачивать» в горизонтальной плоскости, двигаться по кольцу и проходить ускоряющие станции многократно, достигая очень высокой кинетической энергии. Энергию частиц ограничивают длина кольцевой орбиты ускорителя и величина «заворачивающего» магнитного поля, которое создают так называемые дипольные магниты. В современных ускорителях с длиной орбиты 20—30 км их число достигает многих сотен, причем каждый магнит имеет размеры в несколько метров. Во-вторых, дабы избежать рассеяния пучка ускоряемых частиц на молекулах остаточного газа в вакуумной трубе ускорителя и попадания на её стенки, пучок частиц нужно непрерывно фокусировать, «поджимать» к оси трубы, сохраняя его устойчивость. Эту функцию выполняют другие, «квадрупольные», электромагниты, которых также требуется немало.
На снимке: 120 дипольных магнитов весом по 200 тонн образуют магнитную дорожку длиной около 1.5 км. для пучков ускорителя ИФВЭ
Кроме того, ускоритель немыслим без систем вывода частиц для использования их в физических экспериментах, для «разводки» по разным каналам на разные экспериментальные установки. Эту задачу тоже выполняют сложные электромагнитные системы, созданные на пределе современных технологических возможностей.
Таким образом, управление пучками частиц высоких энергий на ускорителях осуществляется электромагнитами, потребляющими немалое количество электроэнергии. Последнее обстоятельство, особенно сегодня, когда вопросы экономии сделались чрезвычайно актуальными, заставляет искать другие способы управления пучками.
Воздействовать на движение заряженных частиц можно и при помощи электрических полей. Но для отклонения пучков высокой энергии требуются столь сильные поля, что их не выдержит ни один материал. Создать искусственно их не удастся, однако в природе они существуют.
Еще в начале века немецкий физик Иоганн Штарк предположил, что кристаллы, благодаря упорядоченному расположению атомов на плоскостях, должны быть «прозрачными» для пучков частиц, пропуская их без рассеяния. Ионы кремния в кристалле образуют заряженные плоскости. Их электрические поля, складываясь, образуют «потенциальную яму» (точнее будет сказать— «канаву»), и заряженные частицы с неизбежностью движутся вдоль неё. До экспериментальной проверки этой идеи дело дошло лишь в 60-х годах, когда компьютерное моделирование подтвердило её справедливость. В кристалле кремния при расстоянии между атомными плоскостями около 2 ангстрем
