Accelerators linéaire di particeddi accusati. Comu travagghiu accelerators particella. Perchè accelerators particella?

U acciliraturu di particeddi incaricata - un aparechju allora un raggiu di particeddi atomicu, o subatomic incaricata electrically travelling à quasi a vitezza. U fundamentu di a so opara hè nicissariu accrescimentu a so energia da un campu ilettricu e canciari lu trajectoire - magnetichi.

Cosa sò accelerators particella?

Sti dispusitivi sò anchiamènti usatu in diversi campi di scienza e industria. A data, u mondu sanu ci sò più di 30 mila. Di l 'fisica di accelerators particella incaricata servinu cum'è un strumentu di a ricerca fundamentali in a struttura di atumi, la natura di li forzi nucleari è proprietà di nucleari, chì ùn accade naturalmente. L'ùrtima prividia transuranic e àutri elementi nstabbili.

Cù u tubu purtata ogettu pussìbule di definisce u cumandante specifichi. accelerators particella accusati sò usate dinù per a pruduzzione di radioisotopes, in radiography industriale, radiotherapy, per sterilization di materiali biodiversità, è in Analisi radiocarbon. L'unità più sò usati in lu studiu dî onore fundamintale.

A vita di u particeddi ricumandò à riposu cù u rispettu di u acciliraturu hè nica ca di particeddi accelerated a mettite vicinu à i vilucitati dâ luci. Stu rinforza u spinu, piccula quantità di stazioni tempu. Per esempiu, in CERN hè statu truvatu una dimensione in u vita di u seras battutu 0,9994c 29 times.

Stu articulu pari a chiddu d'intra è travagliendu acciliraturu particella, u so sviluppu, diffirenti tipi di e funziunalità differente.

principi capitalist

Priscinniri di significatu di accelerators particella incaricata vo sapete, si tutti hannu comunu. Prima, ci tocca à avè una surgente di lu littroni in u casu di un tubu televisiò ritrattu o di elettroni, prutoni e so antiparticles in lu casu di strutture più. Esiste, ci tocca à tutti hannu campi Vergona à accelerate particeddi e campi magnetichi à cuntrullà a so trajectoire. In più, u ubligatoriu in u acciliraturu particella incaricata (10 ^-11 MM @MartinMercuri. V.), M. E. A quantità minimu di aria risìdui, hè necessariu per assicurà una longa cale tempu a vita. Infine, tutte e strutture deve avè i mezi iscrizzione, l 'cuntari e misura di u particeddi accelerated.

generazioni

Lu littroni e prutoni, chì sò cchiù cumunimenti usatu in accelerators, sò trovu in tutta a materia, ma prima ch'elli ci vole selezziunà da elli. Elettroni tipicamenti sò caricate in u stessu modu cum'è in u tubu ritrattu - in un dispusitivu chì si chjama un "cannone". Hè una Corée (electrode negativu) in u ubligatoriu, chì hè quariàtu à un statu induve lu littroni principiatu à vene nantu à a atomi. particeddi Negatively accusati sò attrattu da a anode (electrode pusitivu), è passanu à traversu i vestiti. U fucili stessa hè sèmplice cum'è l 'acciliraturu perchè l' elettroni sò muvimenti sutta la nfruenza di nu campu ilettricu. U francese voltage trà i Corée è anode, cerchi à u catalogu 50-150 kV.

Luntanu da lu littroni in tutti i materii cuntatu prutoni, ma solu una sola nucleu supivissiunatu cumpostu di atomi gocce. Per quessa, a surghjente particella di accelerators supivissiunatu hè di gas gocce. In stu casu, u gasu hè ionized è i forzi si trovanu à pirtusu. In grande accelerators prutoni sò spissu furmati in a forma di IONS gocce negativu. Iddi rapprisèntanu un Emissio rivinuti da atomi ca sunnu lu pruduttu di un ionization a gas diatomic. Dapoi u IONS gocce incaricata negatively in la fasi iniziale di l'òpira cchiù facili. Poi si passa à traversu un kidnapping di sangu, chì li deprives di lu littroni davanti à l 'ultima tappa di capitalist.

capitalist

Comu travagghiu accelerators particella? A funzione chjave di tutte e di li hè u campu ilettricu. L'esempiu sèmplice - u campu di fermu uniformi trà i CAPIFRANCE ilettricu pusitivu è negativu, simile à ciò chì esisti trà u terminals di u batterie ilettricu. Stu campu di Emissio purtava un rispunsevule negativu hè bè di una forza chì direzzioni si à un putenziale pusitivu. It accelerates hè, è s'ellu ci hè qualcosa chì vi tengu in u modu, a so crèscita di vitezza è a putenza. Elettroni diriggennusi versu u putenziale pusitivu nantu à a via, o in l 'aria, è collide cù l' atomi perdiri energia, ma s'ellu si trovanu in vácuo, puis accelerated comu si avvicina la anode.

Tinzioni trà u postu principiu è fine di u rici Emissio accattatu li energia. Quandu muvimenti à traversu un putenziale diffarenza di 1 V hè uguali à 1 Emissio-eroicu (eV). Ghjè equivalenti à 1,6 × 10 ^-19 di joule. L'energia di 'na zanzara vulannu As Roma volte di più. In lu littroni kinescope sò accelerated francese voltage più cà 10 kV. Parechje accelerators lompi energie assai sempri misurata mega L, nome giga è Tera-Emissio-volts.

razze

Arcuni di li primi tipi di accelerators particella, cum'è l ' multiplicatori francese voltage è i teorija teorija Van De Graaff, cù un campu ilettricu custanti caricate da u CAPIFRANCE di fin'à un miliuni volts. Cu tali voltages altu travaglià faciuli. A alternativa più pratica hè l 'azzioni ripetutu di campi Mugheddu debuli pruduciutu suttana CAPIFRANCE. Stu principiu si usa a li dui tipi di accelerators moderna - linéaire è ciclicu (principarmenti cyclotrons è synchrotrons). accelerators particella linéaire, in cortu, li passava una volta à l 'ordine di campi c'acceleranu, mentri l' cyclically tanti voti si alluntananu in un chjassu circulari à traversu u spinu picculu campu ilettricu. In tutti casi, u energia finali di l 'particeddi dipende di u campu di nu tutali di l' azzioni, tantu chi tanti "s'arrizza" picculu sò aghjuntu inseme à dà l 'effettu cumminata di una sola, grande.

A struttura di repetitive di un acciliraturu linéaire à pruduce campi Vergona à una manera naturali è à aduprà u AC, ùn DC. U particeddi incaricata custruttivamenti sò accelerated à u putenziale negativu e uttinìu nu novu forza, si passà pusitivu. In pràtica, l 'francese voltage deve esse cambiatu assai prestu. Per esempiu, in una energia di 1 MeV supivissiunatu movi a bunissima vitezza hè a vitezza di u lume di 0,46, passava 1.4 m francese di 0.01 ms. Stu significa chi in la struttura ripitennu di uni pochi di metri di longu, li campi ilettricu deve cambià à un ultrahigh di almenu 100 mhz. Linéaire è accelerators ciclicu particeddi di sòlitu li disperse incù u ultrahigh campu ilettricu multilinguism da 100 mhz à 3000, t. E. In lu rigistru di onde radiu à microwaves.

L'onda erani hè una cumbinazioni di campi ilettricu e magnetichi armature early in diedrali dirittu ogni altru. U puntu cchiù mpurtanti hè à aghjustà la scuma acciliraturu cusì chì à l 'arrivu di l' particeddi u campu ilettricu hè direttu in cunfurmità cù i vitturi capitalist. Stu pò esse fatta usendu un onda debout - la cumminazzioni di onde viaghju in indicazione cuntrariu in un spaziu chjusu, l 'ondi sonu in u urganu pipa. An embodiment altirnativa di elettroni chi vilucità toltu u vitezza di a luce, una onda travelling rapidamenti muvimenti.

autophasing

Un effettu mpurtanti di l 'accilirazzioni che in un campu ilettricu multilinguism hè una "resistenti forte". In unu campu francese oscillation routes multilinguism passa à zeru da lu valuri massimu daretu à zeru, si decreases à u minimu, è si pesa à zeru. Cusì, si passa duie volte à u valore necessariu per capitalist. Sè una particella chì aumenta vilucitati, vene troppu prestu, è ùn funziunaranu un campu di a forza abbastanza, è u totta sarà debuli. Quandu lu righjunghji u spaziu vicinu, u testu è tardu e più affettu. Comu si faci un risultatu, self-graduale, u particeddi sarà in fasa incù ogni campu in lu rughjonu c'acceleranu. Un altru effettu hè a li gruppu in tempu di furmari na clot piuttostu cà un bracciu da cuntinua.

A direzzione di u raggiu

Un rolu impurtante in quantu l 'òpiri è acciliraturu particella, ghjucà è campi magnetichi, comu si pò canciari la dirizzioni di u so muvimentu. Stu significa chi si pò esse à prò di "abbassannu" di lu Fasciu in un chjassu circulari, tantu ch'elli curputu passava à traversu u listessu rùbbrica c'acceleranu. In u casu di sèmplice, nant'à una particella incaricata muvimenti in un angolo dritta à a direzzione di u campu di magnetichi homogeneous, un vettore forza parpindiculari à prò di u so muvimentu, è à u campu. Sta ti lu Fasciu di spustà in un chjassu circulari parpindiculari à u campu, nzinu a lu vene fora di u so campu di l 'azzioni, o altri forza principia à agisce nant'à u. Stu effettu hè usata in accelerators ciclicu com'è un synchrotron è cyclotron. In un cyclotron, u campu di u focu hè pruduttu da un grande calamita. Particeddi cun crescita di a so energia chjodu spirally armenu accelerated incù ogni rivoluzioni. U clots synchrotron movi versu l 'anellu cù una raghju custanti, e lu campu di caricate da u electromagnets attornu a l' aumenta anellu comu lu particeddi sò accelerated. U magnets pensa "abbassannu", rapprisèntanu dipoles cù a nord e poli, a sud, piegati à una forma, cavallo, tantu ca lu Fasciu pò passà therebetween.

A seconda impurtanti funzioni di u electromagnets hè à ritruvà i fasci cusì ch'elli sò cusì stretta è forti pussibuli. A forma formi di na calamita dissiminati - cù quattru poli (dui u nordu è dui Italia miridiunali) est situé upposta 'autra. Spinciri li particeddi di u centru in una direzzione, ma permette à elli à esse distribuitu in i parpindiculari. magnets Quadrupole ritruvà lu Fasciu horizontally, n'ammustra li andà fora di sughjettu vertically. Per fà quessa, ùn deve esse usatu in para. Per una di più precisamente dissiminati sò usate dinù magnets più sufisticatu incù un grande numeru di poli (6 e 8).

Siccomu l 'energia di u aumenta râ particedda, a forza di u campu di magnetichi, diriggennu li aumenta. Stu teni lu raggiu di u listessu trajectoire. A farina hè statu introduttu in a lu circu, è hè accelerated à un 'energia Bramati nanzu si pò arritirata è usatu in spirimenti. Inglese retraction hè truvatu da electromagnets chì sò attivatu à spinghja lu particeddi da l 'anellu synchrotron.

cespugli

accelerators particella incaricata usate in medicina è industria, pruducia più un raggiu di u scopu particulare, p.e., irradiation o Ion implantation. Stu significa ca li particeddi usatu na vota. U listessu hè vera di accelerators usatu in a ricerca fundamentali di parechji anni. Ma l 'aneddu foru sviluppati in 1970, in u quali dui fasci currendu in indicazione upposta è collide attornu a lu circu. U benefiziu maiò di stu sistema è chì in un 'energia cespugli Jardin di particeddi andat direttamente à l' energia azioni trà elli. Stu cuntrastu cù nzo chi succèri quandu u raggiu collides cù una images stagnant, in cui casu di a maiò parti di l 'energia va à l' riduzzione di u materiale testu in opera, in cunfurmità cù u principiu di gestione di mumentu.

Certi machini cu fasci colliding seranu incù dui circuli, GUAICURIAN in dui o più piazze, a chi circulava in indicazione cuntrariu, u particeddi di u listessu tippu. More cumuna Collider particella-antiparticle. Antiparticle hà l 'accusa di punta di u particeddi assuciati. Per esempiu, u positron, hè incaricata custruttivamenti, è lu littroni - negatively. Stu significa chi un campu chì accelerates lu littroni, u positron faci attimpata falà, muvimenti in u listessu sensu. Ma si lu sicunnu move in lu sensu cuntrariu, si vi accelerate. Grafia simile, un Emissio muvimenti à traversu un bon campu vuluntà magnetichi à a manca, è u positron - destra. Ma se u positron hè diriggennusi avanti, tandu u so percorsu vi cuntinuà à deviate à u dirittu, ma nantu à u listessu Curva comu chiddu di l 'Emissio. Tuttavia, stu significa ca li particeddi si movi à traversu l 'anellu di u synchrotron listessu magnets è accelerated da u listessu campi Vergona à indicazione cuntrariu. Nantu stu principiu creatu parechji colliders putenti colliding fasci, t. To. The Abbisogna solu una acciliraturu anellu.

Fasciu in u synchrotron ùn hè muvimenti in permanenza è integrata à "clumps." Ci ponu esse parechji centimeters in lunghezza è un decimu di un millimétré in diamitru, è comprise circa ¹² particeddi ^{di uttùviru.} Stu suttana foltu, perchè u pesu di tali matiriali cuntene circa ²³ atomi ^{di uttùviru.} Per quessa, quandu una cale colliding intersecani, ci hè solu un picculu prubabilità chì u particeddi riaggisci cu iddi. In pràtica clots cuntinuà a terra move attornu a lu circu, è scuntrà dinò. High ubligatoriu in u acciliraturu di particeddi incaricata (10 ^-11 MM @MartinMercuri. V.) is tenutu in ordine chì u particeddi pò circulate in per parechje ore senza collisions cun mulèculi aria. Per quessa, u circu si chjama dinù cumulative, perchè cale intreccia truvava cullucatu per parechje ore.

iscrizzione

accelerators particella ricumandò à i reguli pò iscrive si faci quandu u particeddi schjaccià u testu o di l '' altri Fasciu, muvimenti in u sensu cuntrariu. In un prima ritrattu televisiò, elettroni da u fucili à tena lu schermu phosphor u superficia nternu è emettini lume, chì recreates thereby l 'imagine trasmessi. In accelerators tali scova spertu miroir particeddi sparnucciatu, ma ùn sò di solitu fatte à creà signa Mugheddu chì ponu esse cummirtutu in dati urdinatore è analisati cù programmi urdinatore. Solu incaricata elementi elaburazione signa Mugheddu passava à traversu u materiale, per esempiu da ionization o granni di atomi è pò radiufonichi direttamente. U particeddi neutri cume neutroni, o li futòna pò radiufonichi dinò à traversu u cumpurtamentu di particeddi accusati ch'elli sò in traccia di fassi.

Ci sò parechje scova spertu. Qualchi d 'iddi, comu un muvimentu Geiger, un conte particella, e autri usa, p.e., di fascie n'hè, o la misurazzioni vilucitati di energia. scova Modern in taglia è tecnulugia, ponu cambià da a piccula dispusitivi rispunsevule accumpagnate a grande càmmari a gas-pienu ground chì detect fascie ionized prudutte da particeddi accusati.

storia

accelerators particella incaricata sviluppatu u più di studii di a pruprietà di atomicu e particeddi elementari. Siccomu l 'apartura di u fisicu britannicu Ernest Rutherford in u 1919, i riazzioni di u nucleu azotu è un particle alpha, tutti i ricerchi in u campu di fisica nucliari a 1932 stati purtatu fora cù u nucleu Helium, isciutu da lu dicadimentu di elementi radiuattivu naturale. Natural alfa-particeddi hannu un energia kinetyczny di 8 MeV, ma Rutherford pinsatu chì si devi esse naturale accelerated valori di ancu supiriuri di lufttemperatur lu dicadimentu di u nucleu pisanti. À u mumentu paria difficiule. Perciò, u calculu fatta in 1928 da Georgiem Gamovym (à l 'Università di Göttingen, Germany), dimmustrò ca lu IONS pò ièssiri usatu a energie assai bassa, è stu hà stimulau lu provi à custruì un stabilimentu chì dà un raggiu di bastò di Ricecca Nucliari.

Lucca evenimenti di stu pirìudu manifestanti i principii da cui l 'accelerators particella accusati sò custruitu à stu ghjornu. A prima spirimenti successu cù IONS naturale accelerated Dimucràtica Tudisca Cockroft è Walton in u 1932 in Cambridge University. By cù una multiplicatori francese voltage, prutoni sò accelerated à 710 Setter, è Ammustrau ca l 'ùrtima miroir cun Lithium a furmari dui particelli alfa. Da u 1931, à Princeton University in New Jersey, Robert Van De Graaff cintura es custruitu u prima teorija high-putenziale. multiplicatori francese voltage generators Cockcroft-Walton e teorija Van De Graaff hè ancora usatu comu funti energia per accelerators.

U principiu di acciliraturu resonant linéaire ritruvemu Rolf Widerøe in u 1928. U Renu-Westphalian University tecnica à Aachen, Germania, si sirviva di u francese voltage AC altu à accelerate u IONS sodium, è putassiu à energie in soprappiù di dui volti à dì à elli. In u 1931 à i Stati Uniti d'America Ernest Lourens è i so assistanti David Sloan di l 'Università di California, Berkeley, usatu a li campi high-ultrahigh à accelerate IONS mercury in a energie più cà 1.2 MeV. Stu travagliu hè intigrà acciliraturu di pisanti particeddi incaricata Wideröe, ma i fasci Ion ùn sò utili à a ricerca nucleari.

acciliraturu Lindblad Magnetic o cyclotron, hè cuncipitu cum'è una mudificazione di a stallazione Lawrence Wideröe. Student Lawrence Livingston manifestanti u principiu di u cyclotron in u 1931, facennu lu IONS cù un 'energia di 80 Setter. In u 1932, Lawrence e Livingston annunciatu u capitalist di prutoni fin'à più di 1 MeV. In seguitu à lu 1930s, cyclotrons energia arrivatu circa 25 MeV, è u Van De Graaff - circa 4 MeV. In u 1940, Donald Kerst, entrata i risultati di fighjà calculi di u lunar a struttura di calamita, custruitu à l 'Università di Illinois, lu primu betatron, acciliraturu Emissio nnuzzioni magnetichi.

fìsici muderni: accelerators particella

Doppu la secunna guerra munniali ci hè chi u prugressu in la scenza di c'acceleranu particeddi di altu energie. Si messe Edwin McMillan a Berkeley è Vladimir Veksler a Mosca. In u 1945, si sò tramindui indipindente da ogni altri sò discritti u principiu di stabbilità fase. Stu cuncettu prupone un mezzu à tene u urbiti la stadda di lu particeddi in un acciliraturu circulari chi cacciatu ristrizzione u energia supivissiunatu è aiutatu di creà una magnetichi accelerators Lindblad (synchrotrons) di elettroni. Autophasing, u baddu di u principiu di stabbilità fase, fù cunfirmatu dopu à la custruzioni di un picculu synchrocyclotron à l 'Università di California è u synchrotron in Inghilterra. Pocu dopu, fù creatu u acciliraturu resonant prima supivissiunatu linéaire. Stu principiu si usa in tutte e grandi synchrotrons supivissiunatu custruitu dipoi tandu.

In u 1947, William Hansen, à Stanford University in California, custruitu u prima acciliraturu linéaire Emissio à l 'onda travelling, chì usatu tecnulugia micru chì hè statu sviluppatu di pluie duranti la Secunna Guerra Munniali.

U prugressu in u studiu hè statu fattu pussibili da fa crìsciri la energia supivissiunatu, ca purtava a la custruzzioni di accelerators mai più. Sta tendenza hè di costu manifattura anellu offre calamita hè statu firmatu. U più pesa circa 40.000 tunnillati. I metudi di più numarosi i energia, senza crescita taglia à calculer stati Screened in circa 1952 Godu Livingstone, Courant è Snyder una tecnica di multilinguism dissiminati (certi volti chjamata forti dissiminati). Synchrotrons travagliendu nant'à stu principiu, aduprà magnets 100 voti cchiù curtu di nanzu. dissiminati tali veni usatu in tutti i synchrotrons mudernu.

In 1956 Kerst avvisti chì s'è i dui gruppi di particeddi sò mantinutu su urbiti GUAICURIAN, vi pò fighjulà li collide. A dumanda di stu scopu nicissarii i fasci sperienze accelerated in ciculu, chiamatu di cumulative. Stu tecnulugia hà truvatu un 'energia prufundità massima di particeddi azioni.