akcelerator cząstek naładowanych,
urządzenie do przyspieszania naładowanych mikrocząstek, czyli do nadawania im wielkich energii kinetycznych.
akcelerator cząstek naładowanych
Encyklopedia PWN
Ze względu na sposób przyspieszania cząstek, a więc i konstrukcję, akceleratory cząstek naładowanych dzieli się na elektrostatyczne, liniowe wielkiej częstotliwości i kołowe. Podstawowymi częściami każdego akceleratora cząstek naładowanych są: źródło cząstek, próżniowa komora przyspieszeniowa (akceleracyjna) oraz układ wyprowadzający przyspieszone cząstki z akceleratora (niekiedy cząstki nie są wyprowadzone na zewnątrz, lecz bombardują tarczę wewnętrzną komory albo zderzają się z biegnącą na przeciw inną wiązką przyspieszanych cząstek); poszczególne części mogą być połączone kanałami próżniowymi; pożądany kierunek nadaje wiązce cząstek odpowiednio ukształtowane pole magnetyczne lub elektryczne. W akceleratorach elektrostatycznych (np. akceleratorze Van de Graaffa, którego głównym elementem jest generator Van De Graffa) cząstki poruszają się w przybliżeniu po liniach prostych i są przyspieszane przez stałe pole elektryczne; w akceleratorach liniowych wielkiej częstotliwości cząstki są przyspieszane przez pole elektryczne fali elektromagnetycznej poruszające się wraz z nią wzdłuż falowodu. W akceleratorach kołowych (cyklotron, synchrocyklotron, betatron, synchrotron) cząstki są utrzymywane na orbitach kołowych przez pole magnetyczne, działające prostopadle do płaszczyzn ich toru, przy czym wielokrotnie przechodzą przez przyspieszające pole elektryczne wytwarzane w rezonatorze wielkiej częstotliwości, uzyskując za każdym razem nową porcję energii. Wyjątek stanowi betatron, w którym proces przyspieszania elektronów nie odbywa się „na raty”, lecz w sposób ciągły, a zjawisko indukcji elektromagnetycznej jest wykorzystywane zarówno do zakrzywiania toru cząstek, jak i do ich przyspieszania za pomocą wirowego pola elektrycznego. Obecnie technika akceleracji pozwala na magazynowanie przez wiele godzin cząstek przyspieszonych do wysokich energii w pierścieniowych komorach próżniowych, stanowiących tzw. pierścienie przeciwsobne lub pierścienie akumulacyjne; w akceleratorach wiązek przeciwbieżnych (tzw. zderzaczach) zderzenia cząstek z 2 przeciwbieżnych wiązek pozwalają wyzyskać pełną energię cząstek w układzie środka masy. W Laboratorium im. E. Fermiego w Batawii doprowadza się do zderzeń przeciwbieżnych wiązek protonów i antyprotonów o energii 1 TeV każda. Uzyskana energia zderzenia w środku masy wynosi 2 TeV. Aby uzyskać taką energię bombardując antyprotonami spoczywające protony, należałoby dysponować wiązką antyprotonów o energii 4000 TeV. Pierwszym akceleratorem cząstek naładowanych był skonstruowany 1931 przez E.O. Lawrence’a i M.S. Livingstona cyklotron. Największe obecnie działające akceleratory cząstek naładowanych to: zderzacz protonowo-protonowy LHC w ośrodku CERN (7 TeV + 7 TeV) uruchomiony 10 IX 2008 oraz zderzacz protonowo-antyprotonowy w Batawii (1 TeV + 1 TeV). Spośród akceleratorów cząstek naładowanych działających na świecie ponad 90% stanowią akceleratory na energie małe — od 0,1 do ok. 50 MeV.
Akceleratory cząstek naładowanych na bardzo wielkie energie stanowią potężne narzędzia badawcze stosowane w fizyce wielkich energii, fizyce ciężkich jonów, chemii radiacyjnej itp. Natomiast akceleratory cząstek naładowanych na mniejsze energie, oprócz zastosowań badawczych, znajdują coraz liczniejsze zastosowania użytkowe w medycynie, technice i przemyśle: są one stosowane do sterylizacji medycznej, terapii nowotworowej, konserwacji żywności, implantacji jonów, produkcji radioizotopów, folii termokurczliwych, powłok lakierowanych, a także w radiografii i in.
Ilustracje
Generator Van de Graaffa jako składowa część akceleratora elektrostatycznego (akceleratora Van de Graaffa): U źródło napięcia elektr., O ostrze powodujące osadzanie się dodatnich ładunków na pasie transportowym P, Sz szczotka odbierająca ładunki i dostarczająca je na elektrodę zbiorczą E, W woltomierz rotacyjny, K komora stalowa, Z źródło jonów, R rura akceleracyjna, Wy wyprowadzenie jonówrys. J. Babicki/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Akcelerator koaksjalny plazmy (schemat), zwany także działem plazmowymrys. J. Babicki/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
