Deeltjesversneller

In de deeltjesfysica, een deeltjesversneller is een machine waarvan het doel is om Ionenstralen of subatomaire deeltjes te produceren met "hoge" kinetische energie. Deze machines worden voornamelijk gebruikt voor: de industriële, medische, studie van de structuur van materialen of voor onderzoek in de deeltjesfysica.

De werkwijzen voor het versnellen deeltjes zijn gebaseerd op het gebruik van elektrische en magnetische velden, die energie aan de eerste en tweede deeltjes versnellen ze dienen curvarne het traject met de Lorentz kracht of correct versnipperd en hartslag balken versneld.

Geschiedenis

De eerste versnellers waren met behulp van statische elektrische velden waarin ionen worden versneld tussen potentiële verschillen op meer dan 10-20 MV. De eerste versneller van dit type werd gebouwd door Robert Van de Graaff in 1931. Er was een door Cockroft en Walton in 1932 voor de eerste studies over kernsplijting in het laboratorium. Tot slot, een efficiëntere versie van de Van de Graaff versneller kon de versnelling van de potentiële verschillen dubbele dan zijn voorganger.

De noodzaak om deeltjes energieën veel hoger dan die haalbaar is met versnellers elektrostatische versnellen nam vorm met lineaire versnellers die gebruikt afwisselend elektrische velden, waarvan het eerste voorbeeld dateert uit het proefschrift van Rolf Widerøe in 1928. Met deze machines is opgelost probleem van een enkele fase van de versnelling in een rechte lijn door het aanbrengen van een reeks cilindrische elektroden die een potentiaalverschil pulserend zodanig dat de ruimte tussen twee aangrenzende cylinders er altijd een versnellend elektrisch veld in een richting en in fase met de toegepaste passage van het deeltje te versnellen. Bij dit type machines, was het echter niet mogelijk om sneller een continue staaf van deeltjes, zodat de bundel verdeeld in pakketten.

De noodzaak om steeds hogere energieën die verbinding met het cyclotron bereikt, het eerste ringvormige deeltjesversneller gebouwd door Lawrence in 1930. Het idee was dat de deeltjes herhaaldelijk eenzelfde holte versneller passen. De cyclotron bestaat uit twee elektroden kabels D-vorm, ondergedompeld in het constant magnetisch veld en verbonden met een potentiaalverschil frequentie afwisselend constant. De bron van de deeltjes is dat precies in het midden. De ionen door de bron uitgezonden worden versneld door het elektrisch veld en treden in een van de twee elektrodes waar zij slechts onderworpen aan het magnetische veld. Hier worden ze gebogen en beschrijven een halve cirkel die hen terug brengt in de regio versnellen en vervolgens op de andere elektrode. Het proces gaat door tot de straal van de laatste halve omtrek beschreven door de deeltjes kleiner is dan de straal van de elektrode, waarna de deeltjes de machine verlaat. De hoogst haalbare energie wordt beperkt door de straal van de elektroden en de intensiteit van het magnetisch veld. Bovendien worden de deeltjes versneld bij elke doorgang tussen de beide holten wanneer ze aankomen in fase met het elektrische veld, dat wil zeggen indien de omwentelingsfrekwentie gelijk is aan de frequentie van het veld: wordt gecontroleerd voor niet-relativistische snelheid. Bij hogere snelheden wordt het noodzakelijk om de frequentie van het elektrische veld gedurende de acceleratiecyclus verlagen. De machines die op deze manier werken zijn synchro-cyclotrons genoemd en zijn in staat om protonen en ionen versnellen tot energieën van ongeveer 500 MeV.

De cyclotrons werden voornamelijk ontworpen om ionen en protonen te versnellen en zijn daarom niet geschikt om de versnelling van elektronen, waarvoor u direct relativistische snelheden bereiken. Om deze reden, William Donald Kerst Serber en veranderde het idee van Wideroe en bouwde een machine genaamd betatron. De werking gebruikt elektromagnetische inductie zonder de noodzaak van het hebben van elektrische velden versnellers dienst: de deeltjes in een ring ondergedompeld in een veld dat geleidelijk opgevoerd geplaatst. De verandering van de flux van het magnetische veld om de elektronen in de ring bevat de elektromotorische kracht te versnellen. In deze regeling, de maximale bereikte energie is uitsluitend te danken aan de maximale intensiteit van het magnetische veld te bereiken.

Na de oorlog weer begon hij bedenken hoe verder de energieën haalbaar door versnellers nu toe gebouwde verbeteren en deze hernieuwde behoefte heeft geleid tot de ontwikkeling van het concept van synchrotron achter moderne cirkelvormige versnellers en opslagringen die nog een onmisbaar instrument in de hoge-energie fysica. Deze nieuwe machines hoofdkenmerken van eerdere versnellers: versnelling door resonantiecaviteiten, frequentievariatie van de versnellende velden wijzigen en de intensiteit van de magnetische velden.

Shock en versnellers

Het natuurkundige principe van de vorming van nieuwe deeltjes is zo simpel schok bij hoge energie: door botsing tussen hen hoogenergetische deeltjes kinetiek, of het voorspellen van de snelheid van het licht c, het product is, voor de gelijkheid van massa en energie, een nieuwe deeltjes in de massa / energie groter dan die uiteindelijk vervalt in andere deeltjes dochters. Een analyse van deze verval kunnen worden teruggevoerd naar de kenmerken van de moeder deeltje.

In het algemeen zijn er twee manieren om nieuwe subatomaire deeltjes te detecteren:

  • Passieve sensoren die de natuurlijke hoog-energetische botsingen tussen hoog-energetische kosmische straling en de atmosfeer van de aarde te benutten door het detecteren van producten of vervalt: Dit is het perspectief waarin het beweegt het deeltje astrofysica. Deze botsingen zijn echter zeldzaam in vergelijking met die in het laboratorium kan worden vervaardigd door middel van deeltjesversnellers.
  • gebruik van versnellers voor geladen deeltjes bundels van hoge energiedeeltjes in een hoeveelheid opmerkelijk produceren vervolgens aan elkaar botsen door het detecteren van de producten passende detectors.

Soorten versnellers

Hoge energie versnellers

Versnellers bekendste zijn die worden gebruikt in het onderzoek door deeltjesfysici om de structuur van de zaak te onderzoeken op subnucleaire. Deze versnellers zoals de LHC en de Tevatron, die onlangs gigantische omvang bereikt, zijn extreem duur en slechts een paar onderzoek organisaties in de wereld niet in staat zijn om de noodzakelijke financiering voor de bouw te verkrijgen. In Italië zijn we momenteel het ontwerpen van een nieuwe versneller en de detector met een wetenschappelijk programma complementair aan de LHC super.

Lage energie versnellers

De meest talrijk zijn de versnellers bij lage energie, zoals een kathodestraalbuis van de televisie of inrichting voor röntgenstralen met de röntgenbron Deze eenvoudige versnellers gebruikt het potentiaalverschil van enkele duizenden volt tot elektronen of ionen te versnellen tot kan ' maximale energie van de orde van 100 MeV. De versnellers bij lage energie worden bijvoorbeeld gebruikt voor het implanteren van ionen in geïntegreerde circuits, bij onderzoek kernfysica, zoals preacceleratori naar krachtiger degenen, instabiele isotopen te kunnen synthetiseren in kernreactoren maken. Een belangrijke toepassing in de geneeskunde, radiotherapie voor de behandeling van tumoren.

Andere indelingen

De versnellers kunnen worden onderscheiden op basis van de baan gevolgd door de deeltjes, die meestal lineair of cirkelvormig of spiraalvormig. In het eerste geval spreekt men lineaire versnellers en zijn meestal een vast doel, dat wil zeggen dat de deeltjesbundel aan botsen op een stationair doel met betrekking tot het laboratorium. Cirkelvormige versnellers plaats botsen ze twee bundels deeltjes met elkaar gebogen magnetische velden; in het laatste geval het voordeel is de toegenomen beschikbare energie in het massamiddelpunt, aangeduid met s, de belangrijkste nadeel is de synchrotron straling.

Andere onderscheid kan worden gemaakt, afhankelijk van de versnelling gebruikte technologie: elektrostatische velden, variabele elektrische velden, magnetische velden of technische details, zoals in de toekomst versnellers, bijvoorbeeld cyclotron waarin u wilt een straal van deeltjes te versnellen door middel van de belangrijkste secundaire balken.

Kan Een laatste onderscheid worden gedaan gezien de aard van de versnelde deeltjes. Met betrekking tot de cirkelvormige machines de meest voorkomende zijn de elektron-positron en hadronische degenen, meestal proton-proton en proton-antiproton. Voor studies van de fysica versnellers nucleaire bestaan ​​die zware kernen te versnellen.

  • Elektrostatische versneller of Van De Graaff
  • Tandem Van de Graaff
  • Multiplier circuit of Cockcroft-Walton
  • Betatrom
  • Cyclotron
  • Cyclotron gericht op veld
  • Synchrocyclotron
  • Proton Synchrotron
  • Proton Synchrotron scherp

Lineaire versneller

In een lineaire versneller van de partikels versneld langs een rechtlijnige baan tegen een vast doel. Lineaire versnellers zijn zeer vaak, bijvoorbeeld een kathodestraalbuis is een elektron lineaire versneller. Deze versnellers worden ook gebruikt om de aanvankelijke energie aan de deeltjes die vrijkomen voor ronde versnellers krachtiger. De langste lineaire versneller in de wereld is het Stanford Linear Accelerator, dat is 3 km lang.

Lineaire versnellers worden ook veel gebruikt in de geneeskunde, voor de radiotherapie en radiochirurgie.

Belangrijkste versnellers voor deeltjesfysica

Versnellers in aanbouw of in de planning

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha