Mikä on synkrotroni?

synkrotronisäteilyä "Suunnitelma" on syklisen hiukkaskiihdyttimen rakenne, jossa varautuneiden hiukkasten säde kulkee toistuvasti magneettikentän läpi energian saamiseksi jokaiselta kululta. Kun palkki saa energiaa, kenttä säädetään pitämään hallussaan palkin reittiä liikkuessaan ympyrärenkaan ympäri. Periaatteen kehitti Vladimir Veksler vuonna 1944. Ensimmäinen elektronisynkrotron rakennettiin vuonna 1945 ja ensimmäinen protoni synkrotron, rakennettu vuonna 1952.

Synkrotron on parannus syklotroni, joka on suunniteltu 1930-luvulla. Syklotroneissa varautuneiden hiukkasten säde liikkuu vakiona olevan magneettikentän läpi, joka ohjaa sädettä spiraalireitillä, ja sitten kulkee vakiona olevan sähkömagneettisen kentän läpi, joka tarjoaa energian lisäyksen jokaisessa kentän läpi kulkevassa kulmassa. Tämä kineettisen energian kohouma tarkoittaa, että säde liikkuu hiukan leveämmän ympyrän läpi kulkiessaan magneettikentän läpi, saaden uuden iskun ja niin edelleen, kunnes se saavuttaa halutut energiatasot.

Parannus, joka johtaa synkrotroniin, on se, että vakiokenttien käytön sijaan synkrotron käyttää kenttää, joka muuttuu ajan myötä. Kun palkki saa energiaa, kenttä säädetään vastaavasti pitämään palkki palkin sisältävän putken keskellä. Tämä mahdollistaa suuremman valvonnan asteen säteen suhteen, ja laite voidaan rakentaa tuottamaan enemmän energian lisäyksiä koko syklin ajan.

Yksi erityinen synkrotronisuunnittelun tyyppi on nimeltään varastointirengas, joka on synkrotroni, joka on suunniteltu ainoaan tarkoitukseen ylläpitää vakioenergiatasoa keilassa. Sitten monet hiukkaskiihdyttimet käyttävät pääkiihdytinrakennetta kiihdyttääkseen säteen halutulle energiatasolle siirrä se ylläpidettävään säilytysrenkaaseen, kunnes se voi törmätä toisen vastakkain liikkuvan palkin kanssa suunta. Tämä kaksinkertaistaa törmäyksen energian ilman, että joudutaan rakentamaan kahta täyttä kiihdytinta, jotta saadaan kaksi erilaista palkkia täyteen energiatasoon asti.

Cosmotron oli protonisynkrotroni, joka rakennettiin Brookhavenin kansallisessa laboratoriossa. Se otettiin käyttöön vuonna 1948 ja saavutti täyden voimansa vuonna 1953. Tuolloin se oli tehokkain rakennettu laite, joka saavutti noin 3,3 GeV: n energian, ja se pysyi toiminnassa vuoteen 1968 saakka.

Bevatronin rakentaminen Lawrence Berkeleyn kansallisessa laboratoriossa alkoi vuonna 1950 ja valmistui vuonna 1954. Vuonna 1955 Bevatronin avulla löydettiin antiprotoni, saavutus, joka ansaitsi vuoden 1959 fysiikan Nobel-palkinnon. (Mielenkiintoinen historiallinen huomautus: Sitä kutsuttiin Bevatraoniksi, koska se saavutti suunnilleen 6,4 BeV: n energioita "miljardeille elektronivoltteille". SI-yksikötetuliite giga- otettiin kuitenkin tälle asteikolle, joten merkintä muutettiin GeV: ksi.)

Tevatron-hiukkaskiihdytin Fermilabissa oli synkrotroni. Se pystyi kiihdyttämään protoneja ja antiprotoneja kineettisiin energiatasoihin, jotka olivat hieman alle 1 TeV, ja se oli maailman tehokkain hiukkaskiihdytin vuoteen 2008 saakka, jolloin se ylitti Suuri hadronikoppuri. Suuren hadronin kolarittimen 27 kilometrin pääkiihdytin on myös synkrotroni ja se on virta pystyy saavuttamaan noin 7 TeV kiihtyvyysenergiaa sädettä kohti, jolloin saadaan 14 TeV törmäyksiä.