Οι γραμμικοί και Στατικοί επιταχυντές

Άρθρο, Μάρτιος 2002
Εισαγωγή-Βασικές Αρχές
Γραμμικοί και Στατικοί Επιταχυντές
Κυκλικοί επιταχυντές χαμηλής ενέργειας
Κυκλικοί επιταχυντές υψηλής ενέργειας

Κεντρική σελίδα Εισαγωγή στους Επιταχυντές Προηγούμενη Σελίδα Επόμενη Σελίδα

Στατικοί επιταχυντές

Στους στατικούς επιταχυντές η μονάδα επιτάχυνσης στηρίζεται στον στατικό ηλεκτρισμό, πχ στον Van De Graaff υπάρχει ο γνωστός ιμάντας των σχολικών εργαστηρίων. Οι επιταχυντές αυτοί παρόλο που παρέχουν μικρή ενέργεια, παραμένουν  ισχυρό εργαλείο στην Πυρηνική Φυσική.

Tandem BrookHaven'Ενας στατικός επιταχυντής στο BrookHaven της Νέας Υόρκης που ολοκληρώθηκε το 1970, ο Tandem Van de Graaff,  ήταν για πολλά χρόνια ο μεγαλύτερος σε όλο τον κόσμο. Μπορεί να παρέχει στους ερευνητές τις ακτίνες περισσότερων από 40 διαφορετικών τύπων ιόντων -- άτομα που έχουν χάσει τα ηλεκτρονία τους. Είναι διαθέσιμα τα ιόντα που κυμαίνονται από το απλό υδρογόνο ως το ουράνιο. Η συσκευή αποτελείται από δύο 15 MeV ηλεκτροστατικούς επιταχυντές, που ο κάθε ένας είναι 24 μέτρων, ευθυγραμμισμένους δίπλα- δίπλα. Αυτοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ανεξάρτητα ή και μηχανή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εγχυτήρας για την άλλη.

Οι γραμμικοί επιταχυντές

Οι γραμμικοί επιταχυντές επιταχύνουν φορτισμένα σωμάτια - ηλεκτρόνια, πρωτόνια ή βάρια ιόντα - σε ευθεία γραμμή και σταδιακά. Ο γραμμικός επιταχυντής επινοήθηκε από τον R. Wilderoe το 1928, ενώ ο επιταχυντής στο κάτω σχήμα από τους Lawrence και Sloan το 1930.

A LINear ACcelerator or LINAC

Linac of CERNΌλες οι δέσμες σωματίων του CERN ξεκινούν την ζωή τους στους γραμμικούς επιταχυντές (Linacs). Εδώ αυτός ο γραμμικός επιταχυντής επιταχύνει πρωτόνια 50 MeV. 

Οι σωλήνες αίσθησης είναι αναγκαίοι επειδή χρησιμοποιείται ένα εναλλασσόμενο πεδίο και δίχως αυτά, το πεδίο θα επιτάχυνε και ακολούθως θα επιβράδυνε τα σωμάτια. Οι σωλήνες αίσθησης προστατεύουν τα σωμάτια σε όλη το χρονική διάρκεια από την επιβράδυνση.

Ένας ταλαντωτής τροφοδοτεί εναλλάξ με τάση μια σειρά από κυλίνδρους. Έτσι τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωμάτια που κινούνται κατά μήκος των κυλίνδρων δεν επηρεάζονται από το ηλεκτρικό πεδίο, όταν είναι μέσα στους κυλίνδρους, ενώ επιταχύνονται, λόγω έλξης ή άπωσης, στα μεταξύ τους κενά διαστήματα. Για να πραγματοποιείται επιτάχυνση πρέπει το μήκος λ του κάθς κυλίνδρου να είναι λ=uT/2, όπου u η ταχύτητα του σωματιδίου και Τ η περίοδος του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου. Για να επιταχύνεται συνεχώς θα πρέπει να εφαρμόζεται η αρχή της συντονισμένης επιτάχυνσης. Αν ένα σωμάτιο βρίσκεται σε ακριβή συντονισμό με το πεδίο, φθάνει έγκαιρα στο διάκενο, θα έχει σταθερή φάση και θα κερδίζει συνεχώς ενέργεια.

Οι τηλεοράσεις και οι γραμμικοί επιταχυντές (LINear ACcelerator or LINAC) έχουν πολλά κοινά μέρη:

  • Μια πηγή σωματιδίων (από ένα θερμαινόμενο σύρμα)

  • Ηλεκτρόδια επιτάχυνσης( οι τηλεοράσεις έχουν ένα, οι επιταχυντές περισσότερα)

  • Ηλεκτρομαγνητικά πεδία για να εκτρέπουν τα σωματίδια και τέλος

  • και τελικά έναν ανιχνευτή σωματιδίων (η οθόνη, στην περίπτωση της τηλεόρασης).

Ο Γραμμικός επιταχυντής του Stanford έχει μήκος 2 μίλια. Σε ένα πέρασμα, επιταχύνει ηλεκτρόνια έως 25 GeV. Στον επιταχυντή του SLAC, δημιουργούνται δέσμες ηλεκτρονίων - ποζιτρονίων που συγκρούονται μεταξύ τους, από αντίθετες κατευθύνσεις, με ενέργειες 50 GeV. Από την σύγκρουση δημιουργούνται σωματίδια που ακολούθως ανιχνεύονται.

Ιστορικές στιγμές στον επιταχυντή αυτόν είναι η ανακάλυψη του κουάρκ charm (γοητευτικού) καθώς και του λεπτονίου tau.

HomeHome