AKCELERATORY

 

 

Na początku naszego wieku naukowcy przeprowadzali liczne eksperymenty z wykorzystaniem naładowanych cząstek. Pierwszym źródłem, z którego pozyskiwali takie cząsteczki były substancje promieniotwórcze. Wysyłają one na przykład cząsteczki alfa o energiach do 6 MeV, które wykorzystywane były w pierwszych sztucznych reakcjach jądrowych. Jednak źródła tego typu były bardzo drogie, nie dały się łatwo kontrolować, a poza tym wytwarzane cząsteczki posiadały za małą energie, do przeprowadzenia wielu doświadczeń. Naukowcy potrzebowali nowego sposobu pozyskiwania wysokoenergetycznych cząsteczek. Kilka z urządzeń (nazywanych ogólnie akceleratorami), które służyły temu celowi zostało opisanych poniżej:

GENERATOR COCKCROFTA-WALTONA

W roku 1932 dwaj naukowcy John Douglas Cockcroft (1897-1967) i Ernest Thomas Walton (ur. 1903) zbudowali urządzenie, dzięki któremu mogli przyśpieszać naładowane cząstki. Urządzenie składało się z pojemnika z gazowym wodorem. Wodór ostrzeliwany był elektronami, które powodowały jego jonizację. Powstawały wolne protony, które następnie były przyśpieszane różnicą potencjałów (0,15 MV). Rozpędzone protony padały na cienką folię litu i powodowały emisję cząsteczek alfa zgodnie ze wzorem reakcji:

        (1)

Każda z tych cząsteczek alfa uzyskiwała energię 8,6 MeV.

GENERATOR VAN DE GRAFFA

W skład tego generatora wchodzi źródło wysokiego napięcia i pas biegnący pomiędzy dwoma walcami. Pochodzący ze źródła ładunek elektryczny był umieszczany na pasie dzięki specjalnemu zestawowi ostrzy. Inne ostrza znajdujące się w kopule odbierały ładunek i przekazywały go na zewnątrz kopuły, zwiększając tym jej potencjał. Jony, które wytwarzane były wewnątrz kopuły, przyśpieszane były dzięki różnicy potencjałów istniejącej pomiędzy kopułą, a ziemią. Jony te biegły w środku rury próżniowej.

CYKLOTRON

Na początku lat trzydziestych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley dwaj naukowcy Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) i M.S Livingston skonstruowali nowy typ przyrządu służącego do przyśpieszania jonów. Składa się ono z dwóch pustych w środku, półkolistych metalowych komór - duantów. Komory te zestawione są tak, iż między nimi znajduje się wąski pusty obszar. Zasilane są zmiennym napięciem o częstości radiowej. Duanty znajdują się w komorze próżniowej pomiędzy biegunami potężnego elektromagnesu. Jony powstają w źródle umieszczonym w środku pomiędzy duantami. Po opuszczeniu źródła tor jonów zostaje zakrzywiony w silnym polu magnetycznym. Podlegają one bowiem wpływowi siły magnetycznej w tym przypadku (wektor indukcji skierowany prostopadle do wektora prędkości) danej wzorem:

        (2)

Zgodnie z prawem Newtona dla ruchu po okręgu jest:

        (3)

Z tych dwu wzorów możemy wyliczyć promień toru po jakim wylatujący ze źródła jon zacznie się poruszać:

        (4)

W momencie, gdy jon przelatuje przez obszar między duantami zostaje przyśpieszony dzięki polu elektrycznemu panującemu między nimi, wytworzonemu przez źródło o częstotliwości radiowej. Teraz jon ma nieco większą prędkość. Porusza się w drugim duancie po trochę większym promieniu. źródło zmiennego prądu o częstotliwości radiowej jest tak zsynchronizowane, że za każdym razem gdy jon przelatuje w strefie między duantami jest "popychany" do przodu, zwiększa swoją prędkość i promień toru ruchu. Końcowa prędkość jonu uzależniona jest więc od ładunku jonu, jego masy, natężenia pola magnetycznego (B) oraz od promienia duantów.

Delphi 4 ActiveX

You should see your Delphi 4 forms or controls embedded in the form below.

BETATRON

Na początku lat czterdziestych D.W. Kerst z University of Illinois skonstruował nowe urządzenie rozpędzające jony - betatron. Składał on się komory próżniowej w kształcie torusa umieszczonej między nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej znajdowało się źródło elektronów. Pole elektromagnetyczne wytwarzane przez elektromagnes zmienia się w czasie. Zmieniające się pole rozpędza elektrony i jednocześnie utrzymuje je na stałej orbicie kołowej.

AKCELERATORY LINIOWE

Akceleratory liniowe są jednymi z najprostszych przyśpieszaczy cząstek. Naładowane cząstki (protony, elektrony) rozpędzane są najpierw w innych przyśpieszaczach (np. w generatorze Van de Graaffa), a następnie wstrzykiwane do długiej próżniowej rury. Wiązka cząsteczek przebiega przez szereg pustych metalowych cylindrów połączonych na przemian z generatorem częstości radiowych. Tak więc cząsteczki są przyśpieszane przez pole elektryczne fali elektromagnetycznej poruszającej się wraz z nią wzdłuż akceleratora. Każdy kolejny cylinder musi być dłuższy, ponieważ cząstka zwiększa swoją prędkość.

SYNCHROTRON

Jest to rodzaj kołowego akceleratora cząsteczek naładowanych. Cząstki krążą po stałych orbitach, na których utrzymuje je zwiększane wraz ze wzrostem prędkości cząsteczek pole magnetyczne. Cząstki są przyśpieszane za każdym razem gdy przelatują przez fragment synchrotronu zwanego szczeliną rezonatora. Szczelina ta jest zasilana przez generator wielkiej częstotliwości.

   ZAKOŃCZENIE

---