Synchrotron
Synchrotron– szczególny typakceleratora cyklicznego,w którym cząstki są przyspieszane wpolu elektrycznymwzbudzanym w szczelinach rezonatorów synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w każdymcyklotronie(akceleratorze cyklicznym) przyspieszane cząstki krążą wpolu magnetycznym.W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek[1].
W synchrotronie można uzyskać energię elektronów do 23GeV,protonów zaś do 1 TeV. Synchrotronową metodę przyspieszania cząstek podali niezależnie w1944r. W. I. Weksler i w1945E. M. McMillan.
Pierwsze synchrotrony były rozwinięciem koncepcjibetatronu,jako akceleratora przyspieszającego cząstki wzrastającym polem magnetycznym. W komorze akceleratora umieszczono dodatkowo elektrody przyspieszające polem elektrycznym.Elektrodybyły zasilane napięciem przemiennym wielkiej częstotliwości o częstotliwości synchronicznej z czasem obiegu przyspieszanych cząstek.
Przyspieszane cząstki krążą w komorze próżniowej w kształcie pierścienia, po okręgu o stałym promieniu. Rozwiązanie takie umożliwia zmniejszenie wielkości elektromagnesu potrzebnego do zakrzywiania toru cząstek, zwiększenie pola magnetycznego zakrzywiającego tor ruchu oraz zwiększenie promienia toru przyspieszanych cząstek.
W synchrotronach, w których przyspieszane cząstki wykonują setki tysięcy obiegów, zachodzi konieczność nadawania rozpędzanym cząstkom odpowiedniego toru. Gdyby nie podejmowano działań w tym kierunku, jedynie niewielka część z początkowej liczby cząstek dotarłaby do celu. W tym celu kształtuje się odpowiednio pole magnetyczne, początkowo (obecnie tylko w małych akceleratorach) stosowano specjalne ukształtowanie pola zakrzywiającego tor ruchu cząstek i w związku z tym wprowadzono podział akceleratorów na: akceleratory bez gradientu pola, zestałym gradientem pola,zmiennym gradientem pola.
Obecnie w dużych akceleratorach stosuje się technikę polegającą na rozdzieleniu elementów kształtujących wiązkę i zakrzywiających wiązkę. Między sekcjami zakrzywiającymi tor ruchu, instaluje się sekcje ogniskujące wiązkę oparte zazwyczaj na kwadrupolach.
Duże synchrotrony
edytuj
Największy na świecie zderzacz cząstekLarge Hadron Collider(LHC) jest umiejscowiony w Europejskim Laboratorium Wysokich Energii (CERN). Zderzacz zawiera synchrotron w tunelu o długości 27 km, w którym wcześniej był zainstalowany zderzaczelektronówzantyelektronamiLarge Electron Positron (LEP).
Do innych znanych synchrotronów, zaliczyć możnaTevatronznajdujący się w Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), wUSA.Przyspiesza onprotonyiantyprotonydo energii ponad 1TeV(stąd jego nazwa) w celu ich zderzenia; jego obwód wynosi 6,3 km. 29 września 2011 roku Tevatron został wyłączony z użytku.
Zastosowania synchrotronów
edytujSynchrotrony są wykorzystywane do przyspieszania cząstek, które są następnie zderzane. Największe synchrotrony stosowane są do badań podstawowych.
Synchrotrony bezpośrednio lub przyspieszone w nich cząstki są źródłem charakterystycznego promieniowania zwanegopromieniowaniem synchrotronowym.Unikalne właściwości tego światła to m.in. ogromna intensywność w wiązce – jest ono miliony razy jaśniejsze od światła, które dociera do Ziemi ze Słońca. Ponadto w zależności od sposobu generowania promieniowanie synchrotronowe może zawierać fale tylko z wąskiego zakresu częstotliwości, jak i szerokiego, częstotliwość jest łatwa do zmiany i może zawierać się od podczerwieni, przez światło widzialne iultrafioletaż do światła rentgenowskiego.
Synchrotrony coraz częściej wykorzystuje się do badań materii skondensowanej w naukach przyrodniczych i technicznych, takie jak biologia, chemia, fizyka, inżynieria materiałowa,nanotechnologia,medycyna, farmakologia, geologia czy krystalografia. Wiązki cząstek, jak i światło synchrotronowe pozwalają zajrzeć w głąb materii i dokonać precyzyjnych analiz. Dzięki nim naukowcy mogą badać zarówno skład badanej substancji, jak i jej strukturę. Promieniowanie synchrotronowe stymuluje również procesy zachodzące w materii – wywołuje zmiany w badanych obiektach. Synchrotrony pozwalają również uzyskać w krótszym czasie lepsze wyniki tych badań, które wcześniej były realizowane zwykłymi metodami[2].
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑Synchrotron,[w:]Encyklopedia PWN[online],Wydawnictwo Naukowe PWN[dostęp 2021-07-30].
- ↑dlaczego synchrotrony są wyjątkowe.[dostęp 2019-07-30].