Co to jest Cykliczne Akceleratory

Co to znaczy: akceleratory, gdzie przyspieszone cząstki poruszają się cyklicznie po okręgu, innych krzywych zamkniętych albo po spirali. W a.c. znajduje wykorzystanie zasada samoogniskowania się cząstek. - BETATRON - akcelerator (przyspieszacz) elektronów działający na zasadzie indukowania wirowego pola elektrycznego poprzez zmienne pole magnetyczne. Zdarzenie to opisuje prawo indukcji Faradaya zmodyfikowane poprzez Maxwella: Komora, gdzie przyśpieszane są elektrony, ma kształt torusa (napompowanej dętki motocyklowej). Znajduje się ona pomiędzy nabiegunnikami elektromagnesu, którego zadaniem jest wytworzenie zmiennego pola magnetycznego w celu przyśpieszenia elektronów i wytworzenie siły Lorentza, która utrzymuje elektrony na kołowym torze. Uzwojenie elektromagnesu zasila się prądem zmiennym, a przyśpieszanie dzieje się pośrodku czasu t równego 1/4 okresu T. W b. można uzyskać elektrony o energii rzędu 100 MeV. Szybkość elektronu jest wtedy bliska prędkości światła i wynosi v = 0,999986 c. Elektrony o wysokiej energii, uzyskiwanej w betatronach mogą być wykorzystane do generacji bardzo twardego (wysokoenergetycznego) promieniowania rentgenowskiego stosowanego na przykład w defektoskopii. - CYKLOTRON - akcelerator (przyspieszacz) cząstek naładowanych takich jak protony i deuterony. W c. stosuje się niezbyt wysokie napięcie przyśpieszające, lecz cząstki przebywają przyśpieszającą różnicę potencjałów wielokrotnie. Na rysunku przedstawiono komorę przyśpieszeń. Wewnątrz opróżnionego z powietrza zbiornika znajdują się dwie elektrody w kształcie litery D, zwane duantami, do których przykłada się szybkozmienne pole elektryczne. Przyśpieszenie cząstki następuje wtedy, kiedy przelatuje ona pomiędzy duantami. Do zakrzywienia toru cząstek, tak by mogły one być wielokrotnie przyśpieszane, stosuje się pole magnetyczne. Cała komora, gdzie przyśpieszane są cząstki, znajduje się w polu magnetycznym wytworzonym poprzez elektromagnes. Siła Lorentza jest siłą dośrodkową utrzymującą cząstkę na torze. Warunek rezonansu, jaki powinien być spełniony, by cząstka przelatywała poprzez szczelinę pomiędzy duantami w fazie zgodnej z napięciem przyśpieszającym, można łatwo znaleźć: Tak zwana częstotliwość cyklotronowa zależy tylko od indukcji pola magnetycznego B i od relacji , nie zależy z kolei od promienia toru. Przy sporych prędkościach cząstek ich masa nie może być traktowana jako rozmiar stała ( specjalna teoria względności). Relatywistyczny wzrost masy cząstki jest naturalnym ograniczeniem energii, do jakiej można przyśpieszać cząstki w c. Dla cząstek lekkich, takich jak elektrony, już przy w miarę małych energiach szybkość zbliża się do prędkości światła i warunek rezonansu nie jest spełniony na skutek wzrostu masy. Dlatego c. służy do przyśpieszania cząstek ciężkich (protony, deuterony, jony dodatnie, cząstki α). Warunek działania cyklotronu jest spełniony przy m = const., dla ustalonej wartości ω i B. W razie rozpędzania cząstek do wysokich prędkości masa rośnie relatywistycznie Warunek (*) jest spełniony w różnych akceleratorach na różne metody. - SYNCHROCYKLOTRON ELEKTRONOWY - ω = const, B rośnie tak, by Sposobem tą da się osiągnąć energie elektronów rzędu 10 GeV. Dalszy przyrost energii jest ograniczony utratami na promieniowanie (ładunek poddany przyśpieszeniu promieniuje falę elektromagnetyczną). - SYNCHROCYKLOTRON PROTONOWY - ω maleje, B = const. W akceleratorze tego typu uzyskano energie protonów do 700 MeV. - SYNCHROTRON PROTONOWY - ω wymienia się, B rośnie. Zmiany tych parametrów są wprowadzane tak, aby przyśpieszenie odbywało się przy r = const. (r - promień orbity). Cykl przyśpieszania powtarza się co kilka sekund. Najnowsze synchrotrony, gdzie wiązka przyspieszanych cząstek jest silnie ogniskowana, pozwalają osiągać energie protonów: 450 GeV (Genewa - Szwajcaria), 500 GeV (Batavia - USA)