Mikä on syklotron?

Jonkun historia hiukkasfysiikka on tarina pyrkimyksestä löytää yhä pienempiä kappaleita aineista. Tutkijoiden tutkiessaan syvää atomin rakennetta, heidän piti löytää tapa jakaa se toisistaan ​​nähdäkseen sen rakennuspalikat. Näitä kutsutaan "alkuainehiukkasiksi". He vaativat paljon energiaa niiden jakamiseksi toisistaan. Se tarkoitti myös, että tutkijoiden oli keksittävä uutta tekniikkaa tämän työn tekemistä varten.

Tätä varten he kehittivät syklotronin, tyyppisen hiukkaskiihdyttimen, joka käyttää vakiona olevaa magneettikenttää varautuneiden hiukkasten pitämiseen, koska ne liikkuvat nopeammin ympyränmuotoisella kierteellä. Lopulta he osuivat kohteeseen, joka johtaa sekundaarisiin hiukkasiin fyysikoiden tutkittavaksi. Sykllotroneja on käytetty korkea-energiafysiikan kokeissa vuosikymmenien ajan, ja ne ovat hyödyllisiä myös syövän ja muiden sairauksien lääketieteellisissä hoidoissa.

Ensimmäisen syklotronin rakensi Ernest Lawrence yhteistyössä opiskelijansa M. kanssa Kalifornian yliopistossa Berkeleyn vuonna 1932. Stanley Livingston. He sijoittivat suuret sähkömagneetit ympyrään ja kehittivät sitten tavan ampua hiukkaset syklotronin läpi niiden kiihdyttämiseksi. Tämä työ ansaitsi Lawrence'in vuoden 1939 fysiikan Nobel-palkinnon. Tätä ennen käytetty päähiukkaskiihdytin oli lineaarinen hiukkaskiihdytin,

Sen jälkeen kun Lawrence on työskennellyt syklotronilla, näitä testiyksiköitä on rakennettu ympäri maailmaa. Kalifornian yliopisto Berkeleyn alueella rakensi useita niistä säteilylaboratoriolleen, ja ensimmäinen eurooppalainen laitos perustettiin Leningradiin Venäjälle Radium-instituuttiin. Toinen rakennettiin toisen maailmansodan alkuvuosina Heidelbergiin.

Syklotroni oli suuri parannus verrattuna linaakkiin. Toisin kuin linakkimalli, joka vaati sarjaa magneetteja ja magneettikenttiä varautuneiden hiukkasten kiihdyttämiseksi suorassa linjassa, ympyrän etu suunnittelussa oli, että varautunut hiukkasvirta jatkoi kulkemista saman magneettikentän läpi, jonka magneetit ovat luoneet yhä uudelleen, saaden vähän energiaa joka kerta niin. Kun hiukkaset saivat energiaa, ne tekisivät suurempia ja suurempia silmukoita syklotronin sisätilan ympärille ja saisivat edelleen enemmän energiaa jokaisella silmukalla. Lopulta silmukka olisi niin suuri, että korkeaenergisten elektronien säde kulkisi ikkunan läpi, missä vaiheessa ne pääsivät pommituskammioon tutkimusta varten. Pohjimmiltaan ne törmäsivät levyyn, ja että sironnut hiukkaset kammion ympärille.

Syklotroni oli ensimmäinen syklisistä hiukkaskiihdyttimistä ja se antoi paljon tehokkaamman tavan hiukkasten kiihdyttämiseksi jatkotutkimuksia varten.

Nykyään syklotroneja käytetään edelleen tietyillä lääketieteellisen tutkimuksen aloilla, ja niiden koko vaihtelee karkeasti pöytätasoista malleista kokoon ja suurempiin. Toinen tyyppi on synkrotronisäteilyä 1950-luvulla suunniteltu kiihdytin, joka on tehokkaampi. Suurimmat syklotronit ovat TRIUMF 500 MeV syklotroni, joka on edelleen toiminnassa Britannian Columbian yliopistossa Vancouverissa, Brittiläisessä Kolumbiassa, Kanadassa, ja suprajohtavan rengassyklotronin kanssa Rikenin laboratoriossa Japanissa. Se on 19 metriä poikki. Tutkijat käyttävät niitä tutkiakseen hiukkasten, ns. Tiivistyneiden aineiden (joissa hiukkaset tarttuvat toisiinsa) ominaisuuksia.

Modernit hiukkaskiihdyttimen mallit, kuten esimerkiksi suuressa hadronin kolarittimessa olevat, voivat ylittää tämän energiatason. Nämä ns. "Atomien murskaimet" on rakennettu kiihdyttämään hiukkasia hyvin lähellä valon nopeutta, kun fyysikot etsivät yhä pienempiä aineosia. Higgs Boson -haku on osa LHC: n työtä Sveitsissä. Muita kiihdyttimiä on Brookhavenin kansallisessa laboratoriossa New Yorkissa, Fermilabissa Illinoisissa, KEKB: ssä Japanissa ja muissa. Nämä ovat erittäin kalliita ja monimutkaisia ​​syklotronin versioita, jotka kaikki on tarkoitettu ymmärtämään hiukkaset, jotka muodostavat maailmankaikkeuden asian.