Kargatutako partikulak bizkortzaileak lineala. partikula azeleragailu lan bezala. Zergatik partikula azeleragailu?

kargatutako partikulak azeleragailua - gailu bat TIIRA elektrikoki kargatutako atomikoa edo subatomiko partikula ia abiaduran bidaiatzen izpi bat. Bere lanaren oinarria beharrezkoa igoera beraien da energia eremu elektriko eta ibilbidea aldatu - magnetikoa.

Zer dira partikula azeleragailu?

Gailu hauek oso zabaldua zientzia eta industriaren hainbat arlotan erabiltzen dira. Orain arte, mundu osoan dago 30 mila baino gehiago dira. kobratuko partikula azeleragailu fisika For atomo egitura, indar nuklearra eta propietate nuklearra, eta hori ez gertatzeko naturalean izaeraren oinarrizko ikerketaren tresna gisa balioko. Azken horien artean transuranido eta beste ezegonkorra elementuak.

With alta hodi posible bihurtu zen kargu zehatzak zehazteko. Kargatutako partikula azeleragailuetan halaber radioisotopes ekoizteko erabiltzen dira, industrial erradiografiak, erradioterapia ere, material biologikoaren esterilizazioa, eta in radiocarbon azterketa. unitateak handienak oinarrizko elkarrekintzak aztertzeko erabiltzen dira.

kobratuko partikulak bizitzako gainerako at azeleragailua aldean txikiagoa partikula hori baino abiadura hurbil azkartu da argiaren abiadura. Honek denbora geltokiak kopuru nahiko txiki baieztatzen du. Adibidez, CERNen egin da lortzen du muon 0,9994c abiadura 29 aldiz bizitzako handitzea.

Artikulu hau zer barruan eta partikula azeleragailua, bere garapenean, mota desberdinak eta ezaugarri ezberdinak lantzen begiratzen.

azelerazio printzipioak

zer nolako kargatutako partikula azeleragailuen ezagutzen duzun, elementu komun dituzte. Lehenik eta behin, telebista irudi hodi edo elektroi, protoi eta haien instalazio handiago kasuan antipartiulak kasuan elektroi-iturri bat eduki behar dute. Gainera, guztiak izan behar dute eremu elektriko partikula eta eremu magnetikoak azkartzeko euren ibilbidea kontrolatzeko. Horrez gain, kargatutako partikula azeleragailua ere hutsean (10 ^-11 mm Hg. V.), M. E. gutxieneko hondar aire kantitatea A, derrigorrezkoa da luzea bizitza denbora habe bermatzeko. Azkenik, instalazioak guztien erregistroa bitartez, zenbaketa eta neurketa bizkortu partikula eduki behar du.

belaunaldi

Elektroiak eta protoiak, zein dira gehien bizkortzaileak erabiltzen, material guztia aurkitu dira, baina lehen haiengandik hautatu behar dute. Elektroiak normalean argazki hodi bezala modu berean sortzen dira -, eta hori da "pistola" izeneko gailu batean. katodo (elektrodo negatibo) hutsean, hau da, estatu bat berotzen non elektroi hasteko off etorri atomo da. Negatiboki kargatutako partikulak dira anode (elektrodo positibo) erakarri eta outlet pasatzen. Pistola bera azeleragailua gisa errazena da elektroiak dira arlo elektriko baten eraginpean mugitzen delako. katodoaren eta anodoaren, normalean sorta 50-150 kV arteko tentsioa.

Gain material guztiak elektroi-tik jasotako protoiak, baina protoi nukleo bakar bat hidrogenoa atomoz osatuta. Beraz, partikula protoi bizkortzaileak iturri hidrogenoa gas da. Kasu honetan, gas ionized da eta protoiak dira zulo bidez dago. bizkortzailea handietan protoi ohi dira hidrogenoa negatiboa ioiak forman eratu. bertan diatomiko gas ionizazio baten emaitza dira atomo batetik elektroi bat gehiago ordezkatzen dute. negatiboki kargatutako hidrogenoa lana errazagoa hasierako faseetan ioiak zenetik. Ondoren paperarekin fin bat, eta horrek kentzen horietako elektroiak bizkortzea azken fasean aurretik pasatzen dute.

azelerazio

partikula azeleragailu lan bezala? horien guztien ezaugarri nagusietako bat eremu elektrikoa da. Errazena adibide - the potentzial elektriko positiboak eta negatiboak arteko uniforme eremu estatikoan, antzeko bertan bateria elektrikoaren terminalen artean. elektroi Eremu honek karga negatibo bat egitea da eta hori zuzendu egiten potentziala positiboa den indar bat jasan. hura bizkortzen du, eta ez dago ezer lukeen bidea, bere abiadura eta potentzia igoera stand bada. Elektroiak potentzial positiboa aldera mugitzen harian edo airean, eta talka batekin atomo galduko energia, baina vacuo egon beharrik, ondoren bizkortu anode hurbildu ahala.

hasiera eta amaiera elektroi definitzen posizioa arteko tentsioa erosi horietako energia. 1 V potentzial-diferentzia baten bidez mugitzen zenean 1 elektroi-volteko (eV) berdina da. Hau to 1,6 × 10 ^-19 joule baliokidea. hegan eltxo bat bilioi aldiz gehiago energia. kinescope elektroiak bizkortu dira tentsio 10 kV baino handiagoa. bizkortzailea askok neurtuta mega, giga eta tera elektroi-volt energia askoz ere handiagoa iristeko.

espezie

partikula azeleragailuetan, hala nola mota goiztiarrena batzuk tentsio biderkatzailea eta sorgailu Van de Graaff sorgailua, milioi bat arte volt potentzialak sortutako etengabeko eremu elektriko bat erabiliz. handiko hala nola tentsio batekin lan erraza. alternatiba praktiko bat errepikatzen ekoiztu potentzial txikia eta ahula eremuak elektrikoen ekintza da. Printzipioz honek bi bizkortzaileak moderno mota erabiltzen da - lineala eta ziklo (batez cyclotrons eta synchrotrons). Lineala partikula azeleragailuetan, azken batean, horiek gainditu ostean bizkortzeko eremuak sekuentzia bidez, ziklikoki hainbat aldiz mugitu dute bidea zirkular batean, berriz, eremu elektrikoa nahiko txiki baten bidez. Bi kasuetan, partikula azken energia ekintza arloko guztira araberakoa da, beraz, txiki asko "kolpeak" gehitu dira elkarrekin handi bakar bat eragin konbinatua emateko.

azeleragailu lineala egitura errepikakorra eremu elektrikoa sortzeko ere modu natural bat da AC, ez DC erabiltzeko. positiboki kargatutako partikulak dira potentziala negatiboa azkartu eta bultzada berri bat lortzeko, gainditu positiboa bada. Praktikan, tentsioa aldatu egin behar oso azkar. Adibidez, 1 MeV protoi Mugimendu energia bat abiadura handian at 0.46 of argiaren abiadura da, 1,4 m 0,01 metroko pasatuz. Horrek esan nahi du metro batzuk luze egitura errepikatzen du, eremu elektriko norabidea aldatu behar gutxienez 100 MHz frekuentzia berean. Lineala eta ziklo bizkortzaileak partikula normalean sakabanatu horiek txandakatuz elektrikoa eremu maiztasuna 100 MHz-tik 3000 to, t. E. irrati uhinak sorta mikrouhinak asmoz.

Uhin elektromagnetikoak The oszilatzen eremu elektriko eta magnetiko angelu elkarren artean dauden oszilatzen konbinazioa da. gakoa Puntua da azeleragailu olatu egokitzeko, beraz, partikula etorrera batean eremu elektrikoa da azelerazio bektorea arabera zuzendu. uhinak norabide kontrakoa bidaiatzen espazio itxi batean, soinu kanalizazio organoa olatuak ere konbinazioa - Hau zutik olatu bat erabiliz egin daiteke. azkar elektroiak horren abiadurak argia, ibiltaria uhin baten abiadura hurbiltzen mugitzeko isla alternatibo bat.

autophasing

Azeleraziorako eragina garrantzitsu bat txandakatuz eremu elektriko bat ere "fase egonkortasuna" da. In oszilazio ziklo txandakatuz eremu bat zero igarotzen zero itzuli gehienezko balioa batetik, gutxitzen gutxieneko bat da, eta zero igotzen da. Horrela, bi aldiz pasatzen da azelerazio beharrezkoak balioa bidez. partikula bat bere abiadura handitzen, datorren goizegi bada, ezin izango da nahikoa indar-eremu batean lan egiten du, eta bultzada ahula izango da. Noiz hurrengo area, proba amaieran eta eragin gehiago iristen da. Ondorioz, auto-pixkanaka gertatzen den bezala, partikula egingo fase izan bizkortzeko eskualdean arlo bakoitzean. Efektu bat da, horiek elkartuz denboran Clot baino etengabeko korronte bat osatzeko.

habe norabidea

obrak eta partikula azeleragailua, nola jokatu eta eremu magnetikoak, bere mugimenduaren norabidea aldatu ahal izango baitute paper garrantzitsua. Horrek esan nahi dutela "okertuz" bide zirkular bat habe erabil daiteke eta, beraz, behin eta berriz azkartu atalean bera pasatu zuten. kasu errazena, kargatutako partikula baten gainean eskuineko angelu mugitzen homogeneoa eremu magnetikoaren norabidea, indarrean bektore bat bere mugimendua, bai zut, eta eremuan. Hau habe bide zirkular bat mugitu eremuan perpendikularra eragiten, orduan arte bere ekintza edo beste indar-eremu daudelarik bertan jarduteko hasten da. Efektu hau ziklikoa bizkortzaileak erabiltzen da, besteak beste, sinkrotroi bat eta cyclotron gisa. cyclotron batean, etengabeko eremua da iman handi bat sortutako. beren energia handituz partikulak mugitzen spirally kanpotik iraultza bakoitzarekin bizkortu. sinkrotroi clots The ring inguruan mugitzen erradioak konstante batekin, eta dei handitzen partikula bezala inguruan elektroimanak sortutako eremuan azeleratu egiten dira. Iman The "okertuz" emateko, ordezkatzen ipar eta hego polo, tolestuta ferra forma batean dipolo beraz habe gainditu ahal therebetween.

The elektroimanak bigarren funtzioa garrantzitsua da habe bideratzen beraz dira hain estua eta bizia ahalik. bideratua iman baten forma errazena - lau zutoinak (bi iparraldean eta bi hego) dago kontrako elkarrekin. partikulak bultza dute norabide batean erdigunera, baina baimendu haiek perpendikularra ere banatuko. Quadrupole iman dutelakoan habe horizontalki, berarekin fokatua joan bertikalean ahalbidetuz. Horretarako, dute binaka erabili behar da. For zehatzagoa bideratua ere erabiltzen dira imanak sofistikatuagoa polo (6 eta 8) kopuru handi batekin.

partikula handitzen energia, eremu magnetikoaren indarra, horiek handitzen zuzentzen zuenetik. Hau ibilbidea berean habe mantentzen. mamia ring sartzen da eta nahi den energia bat azeleratu da erretiratu aurretik eta esperimentuak egiteko erabiltzen da. Atzera egiten da bertan aktibatzen dira partikula bultza sinkrotroi eraztun batetik elektroimanak lortzen da.

talka

Kargatutako partikula medikuntza eta industrian erabiltzen, batez ere, helburu jakin bat habe bat, adibidez, irradiazio edo ioi ezarpena sortzen bizkortzaileak. Horrek esan nahi du behin erabili partikula. Gauza bera gertatzen da, oinarrizko ikerketan erabiltzen, urte askotan Bizkortzaile egia zen. Baina eraztunak 1970ean garatu ziren, non bi habe kontrako norabideetan zirkulatzen eta zirkuituan zehar talka. sistema horiek abantaila nagusia da frontal talka partikula energia batean zuzenean doa haien arteko elkarrekintza energia da. Hau zer gertatzen habe geldi argazkiak batekin talka denean, eta kasu horretan, energia gehiena helburu materiala murrizteko abian doa, momentu kontserbazio-printzipioaren arabera kontrasteak.

habe talka makina batzuek bi eraztunak eraiki dira, bi edo gehiago lekuetan intersecting, eta bertan, mota bereko partikula kontrako noranzkoetan zirkulatzen. Ohikoagoa Collider partikula-antipartikula. Antipartikula lotutako partikulez arduratzen aurkakoa da. Adibidez, positroi du, positiboki kargatuta dago eta elektroi - negatiboa. Horrek esan nahi du eremu baten elektroi bizkortzen dela, positroi moteldu, norabide berean mugitzen. Baina bada kontrako norabidean bigarrenak mugimenduak, azkartu egingo da. Era berean, elektroi bat eremu magnetiko borondate ezkerrera bihurgune batean, eta positroi bidez mugitzen - eskubidea. Baina positroi aurrera bada, ondoren, bere bidea eskuinera desbideratu jarraituko du, baina elektroiaren duten bezala kurba berean. Hala ere, horrek esan partikula dela sinkrotroi iman bereko eraztun zehar mugitzen eta kontrako norabideetan berdina eremu elektriko bizkortzen da. On printzipio hori asko colliders indartsu habe talka sortu, t. To. Soilik eraztun azeleragailu bat eskatzen du.

sinkrotroi batean Beam ez da etengabe mugitzen eta integratuta "clumps". luzera hainbat zentimetro eta diametroa milimetro hamarren bat, izan daitezke, eta osatzen ^urriaren partikulak ¹² inguru. dentsitate txikiko honek, hala nola, material tamaina atomo buruz 10 ²³ duelako. Beraz, talka habe bat gurutzatzen, ez dago probabilitate txiki bat besterik ez dela partikula egingo elkarren erreakzionatu da. Praktikan clots jarraitzeko eraztunaren inguruan mugitu eta berriro betetzen. kargatutako partikulak (10 ^-11 mm Hg. V.) azeleragailu batean High hutsean ordena partikula hori ordu asko zirkulatu ahal aire molekulak talkak gabe beharrezkoa. Beraz, eraztuna ere deitzen metatua, habe benetan bertan gordetzen delako hainbat orduz.

matrikula

Kargatutako partikula gehienak azeleradore erregistratu ahal gertatzen partikula hit helburua edo beste habe, kontrako norabidean mugitzen. telebistako irudi hodi batean, pistola elektroiak phosphor pantaila greba barruko azalera eta igortzen argi, eta hori horrela transmititu irudia berregiten. bizkortzailea, besteak detektagailuak espezializatuak sakabanatuta partikula erreakzionatzen, baina normalean dute seinale elektriko hori ordenagailuan datuak bihurtu eta programa informatikoen bidez aztertu ahal sortzeko diseinatuta daude. Bakarrik kobratuko elementu ekoizteko seinale elektriko materiala pasatzen, adibidez ionizazio edo atomo kitzikapen, eta zuzenean hauteman daitezke. hala nola, neutroi edo fotoiak partikulak neutral The zeharka detektatu ahal izango kargatutako partikulak direla abian dute portaera bidez.

Badira detektagailuak espezializatuak asko. Horietako batzuk, hala nola, Geiger kontagailu bat, partikula Aldaketa bat, eta beste erabilera bat, adibidez, grabazio pista edo abiadura energia neurtzeko eta. tamaina eta teknologian detektagailuak Modernoak, karga akoplatutako gas-betetako handi ganberak gailu txiki kargatutako partikulak sortutako ibilbideak ionizatutako detektatzeko hariak alda daiteke.

istorioa

Kargatutako partikula azeleragailuetan gehienbat nukleo atomiko eta oinarrizko partikulak propietate ikasketak garatu. fisikari britainiarrak inaugurazio geroztik Ernest Rutherford 1919an, nitrogeno nukleoa eta Alfa partikula baten erreakzioa, fisika nuklearraren alorrean 1932 urtean ikerketa guztiak egin ziren helio nukleoak, elementu natural erradioaktiboa desintegrazio kaleratu batera. Natur Alfa-partikula 8 MeV energia zinetikoa bat, baina Rutherford uste artifizialean izan behar dute balioak are handiagoa azkartu nukleoen heavy desintegrazio jarraipena egiteko. Garai hartan zaila zirudien. Hala ere, 1928an egin dituen kalkulatzeko Georgiem Gamovym (Göttingen Unibertsitateko Alemanian), erakutsi ioiak duten energia askoz txikiagoa erabili ahal izango da, eta hau dela-sorta baten Ikerketa Nuklearrerako nahikoa ematen du instalazio bat eraikitzeko saiakerak piztu du.

Beste garai honetako gertakariak frogatu horren bidez kobratuko partikula azeleragailu egun hau eraikitzen diren printzipioak. artifizialki bizkortu ioiak Lehenengo esperimentu arrakastatsua ospatu ziren Cockroft eta Walton 1932an Cambridge Unibertsitatean. Tentsio biderkatzailea erabiliz, protoiak dira 710 keV azkartu, eta erakutsi bigarrenak litio erreakzionatu bi alfa partikulak eratzeko. 1931 By, Princeton University New Jerseyko berean, Robert Van de Graaff elektrostatikoa Gerriko eraikitako lehen potentzial handiko sorgailu. Tentsio biderkatzailea Cockcroft-Walton generadoreak eta Van de Graaff sorgailu oraindik energia bizkortzaileak iturri gisa erabiltzen da.

lineala oihartzun azeleragailu printzipioa frogatu zen Rolf Widerøe 1928an The Rhine-Westfaliar Unibertsitate Teknikoa Aachen, Alemanian ere, AC goi tentsio bat erabili zuen sodio eta potasio energia ioiak azkartzeko bi aldiz gehiegizko kontatu. 1931. urtean Estatu Batuetan Ernest Lourens eta bere laguntzaile David California, Berkeley Unibertsitateko Sloan, erabilitako maiztasun handiko eremuetan merkurioa ioiak azkartzeko energia 1,2 MeV baino handiagoa da. Lan hau osatzen da heavy kargatutako partikulak Wideröe azeleragailu, baina ion habe ez dira ikerketa nuklearra ere erabilgarria.

erresonantzia magnetikoa azeleragailua edo cyclotron, Lawrence Wideröe instalazioan aldaketa baten ondorioz sortu zen. Ikasle Lawrence Livingston ziklotroia printzipioa frogatu 1931an, ioiak egiteko 80 keV energia batekin. 1932an, Lawrence eta Livingston protoi bizkortzea iragarri arte 1 MeV baino gehiago. Geroago 1930eko hamarkadan, energia cyclotrons iritsi buruz 25 MeV, eta Van de Graaff - MeV 4 buruz. 1940an, Donald Gabonetako, iman egitura orbitan kalkuluak ibili, Illinois, lehen betatron, indukzio magnetikoa elektroi azeleragailu Unibertsitatean eraiki emaitzak aplikatuz.

fisika modernoaren: partikula azeleragailuak

Bigarren Mundu Gerraren ondoren han partikulak azeleratu energia handiko zientzia aurrerapen zen. Edwin McMillan hasi zen Berkeley eta Vladimir Veksler at Mosku. 1945ean, bai independentean elkarrengandik fasea egonkortasun printzipioa deskribatu dira. Kontzeptu hori bitarteko partikula orbitak egonkor mantentzeko azeleragailu zirkularra protoi energia murrizketak kendu dela eta lagundu erresonantzia magnetikoarekin bizkortzaileak (synchrotrons) elektroiak sortu ere eskaintzen du. Autophasing, fase egonkortasun printzipioa ezartzeko, synchrocyclotron txiki bat eraikitzea Kaliforniako Unibertsitatean, eta Ingalaterran sinkrotroi ondoren baieztatu zuten. Handik gutxira, lehen protoi lineala oihartzun azeleragailua sortu zen. Printzipio hori ordutik eraiki protoi synchrotrons nagusi guztietan erabiltzen da.

1947an, William Hansen, Stanford University California at, eraiki lehen elektroi lineala azeleragailua ibiltaria olatu, bertan mikrouhin teknologia izan den radar garatu zen Bigarren Mundu Gerran erabilitako berean.

ikerketan Eraikitzen posible egin zen protoi energia, hau bizkortzaileak inoiz handiagoa eraikitzea ekarri handituz. Joera hori fabrikazio handiko kostua iman erraldoia eraztuna gelditu egin da da. Handiena tona 40.000 inguru pisatzen ditu. makina tamaina hazkunde gabe energia handitzeko metodoak 1952 buruz godu Livingstone, Courant eta Snyder txandakatuz bideratua teknika bat proiektatuko dira (batzuetan izeneko indartsu bideratua). printzipio hori lantzen Synchrotrons, erabili iman lehen baino 100 aldiz txikiagoa. Horrelako bideratua synchrotrons moderno guztietan erabiltzen da.

1956an Gabonetako konturatu bi partikula multzo dira orbitak intersecting on atxiki gero, horiek talka ikusi ahal izango duzu. Ideia hau aplikatzeko metaketa bizkortu habe eskatutako zikloak ere, metatu izeneko. Teknologia honek elkarrekintza partikulak energia gehienez lortu du.