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Acceleratori di particelle

Particella acceleratore (acceleratore di particelle) è l'uso di metodi artificiali di generare alta velocità particelle cariche del dispositivo. Comune nella vita di tutti i giorni ci sono acceleratori di particelle utilizzati nei tubi a raggi catodici televisivi e tubi a raggi X e altre strutture. È quello di esplorare la natura dei nuclei e delle particelle, la struttura interna e le interazioni strumento importante per la produzione industriale e agricola, la salute, la scienza e la tecnologia e altri aspetti hanno anche importante e vasta gamma di applicazioni pratiche.Breve

E poiché · Rutherford nel 1919 di elementi radioattivi naturali fuori della radiazione α-ray bombardando atomi di azoto per la prima volta dopo un cambio degli elementi artificiali, fisici resi conto che, per comprendere il nucleo deve essere sincronizzato e ricerca particella.

Questa è l'applicazione di acceleratori di particelle [1] ha trovato che la maggior parte dei nuovi elementi transuranici e migliaia di sintesi di nuovi radionuclidi artificiali, lo sviluppo di acceleratori ad alta energia ha portato alla scoperta, tra barioni, mesoni, leptoni e vari risonanza particelle di Stato, tra cui centinaia di particelle.

Struttura

Struttura acceleratore di particelle comprende generalmente tre parti principali:

① sorgente di particelle per fornire le particelle accelerate necessari sono elettroni, positroni, protoni e anti-protoni e ioni pesanti e così via.

② sistema di vuoto velocità, che ha una certa forma accelerando campo elettrico, e al fine di rendere le particelle scattering da molecole dell'aria nelle condizioni di velocità, un alto grado di vuoto nella camera a vuoto del sistema.

③ orientamento, sistema di focalizzazione, con una certa forma per guidare e limitare il campo elettromagnetico del fascio viene accelerato, in modo che il campo elettrico lungo una pista di accelerazione accettabile predeterminato. Tutti questi richiedono alta precisione e l'integrazione della tecnologia avanzata e della cooperazione.

Gli indicatori di performance sono acceleratori di particelle possono raggiungere l'energia e l'intensità del flusso di particelle (intensità di corrente). Secondo la dimensione della energia delle particelle, l'acceleratore può essere diviso in acceleratore bassa energia (energia minore di 10 ^ 8Valore), acceleratore di media energia (energia in 10 ^ 8 ~ 10 ^ 9eV), acceleratori ad alta energia (energia in 10 ^ 9 ~ 10 ^ ben 12 EV) e ultra- acceleratori ad alta energia (energia superiore a 10 ^ ben 12 EV). Basso consumo energetico e acceleratori di media energia [2] viene utilizzato principalmente per una varietà di applicazioni pratiche.

Classificazione

Funziona in modo diverso in base al loro ruolo negli acceleratori di particelle possono essere suddivisi in acceleratore elettrostatico, acceleratore lineare, ciclotrone, betatrone,

Sincrotrone, il collider e così via.

Acceleratore lineare usando particelle cariche, le particelle sono vicini alla linea retta lungo una pista da essere progressivamente accelerato movimento e richiedono pertanto una elevata energia quando l'acceleratore per una lunga distanza in linea retta. Esiste un modo per ridurre drasticamente le dimensioni dell'acceleratore fare? Modo di dire che è anche molto semplice, se la traccia direttamente in un'orbita circolare oa spirale orbita cerchio intorno più volte accelerato, in modo da poter progressivamente accelerato ad alta risonanza energia, mentre le dimensioni dell'acceleratore può anche essere notevolmente ridotta.

1930 EO Lawrence [3] nei acceleratore lineare opere di accelerazione risonanti, ispirato alle raccomandazioni formulate in fase di sviluppo del ciclotrone. Lawrence ha proposto aumento del campo magnetico ciclotrone due semicircolare, le particelle cariche non sono più in un moto rettilineo lungo la spirale linea simile moto orbitale, il che rende la trasformazione del acceleratore elettrico non determinerà così a lungo perdite di energia elettrica, è un invenzione di progettazione altamente concepiti. Costruito nel 1931 il primo ciclotrone, diametro magnetico di circa 10 cm, con 2 kV tensione di accelerazione, la deuterone accelerato per 80keV, ha confermato il principio di funzionamento del ciclotrone è fattibile. Nel 1932 hanno costruito un diametro palo di 27 cm ciclotrone, protoni possono essere accelerati a 1 MeV.

Ciclotrone è poli elettromagnetici cilindrici, i due poli di distribuzione quasi uniforme tra il campo magnetico dominante. Il campo magnetico è costante e non cambia con il tempo. Nel campo magnetico, una particella carica si muove lungo un'orbita circolare, l'energia delle particelle costantemente migliorando, raggio di curvatura della pista anche costantemente migliorando, movimento orbitale simile ad una spirale piatta.

Tra due poli è una camera a vuoto. Scatola vuota che è dotato di due elettrodi metallici semicircolare di forma, noto come "elettrodo a forma di D". Elettrodo a forma di D collegato all'uscita alta potenza, i due a forma di D distanza tra gli elettrodi (gap accelerazione) un campo elettrico ad alta frequenza. Sorgente particella è montato al centro della camera di depressione gap accelerazione. Elettrodo a forma di D all'interno alcun campo elettrico ad alta frequenza delle particelle dentro l'elettrodo a forma di D viene accelerato all'interno di un più lungo, portando ad un campo magnetico costante in un movimento circolare. Finché l'accelerazione di manovra particella semicerchio tensione tempo semiciclo è uguale ad un multiplo intero dispari della velocità di risonanza può essere ottenuto. Con un'espressione che può essere espresso come:

Tc = KTrt

Dove Tc è il periodo delle particelle vorticoso, Trt è il periodo della tensione di accelerazione, K deve essere un numero intero dispari.

Tale uso di un campo magnetico assiale delle particelle cariche do ciclotrone movimento, particelle accelerate periodicamente dal campo elettrico ad alta frequenza possono essere suddivisi in due categorie ciclotrone:

La prima categoria è alcun meccanismo automatico per la stabilizzazione di fase. Isocrono ciclotrone è quello di rientrare in questa categoria. Elettrodi D-shaped più una frequenza fissa ad alta frequenza accelerando campo elettrico, energia delle particelle è bassa, la frequenza di ciclotrone e ad alta frequenza di risonanza del campo elettrico possono essere mantenuti, e quando l'energia è elevata, la frequenza di ciclotrone particella aumenterà e di più e con bassa energia campo elettrico ad alta frequenza nel fine può più essere accelerazione risonante. Per superare questa difficoltà, è possibile rendere graduale aumento del campo magnetico lungo la direzione radiale in modo da mantenere costante una particella frequenza di ciclotrone. Tuttavia, aumentando il campo magnetico nella direzione radiale dell'asse del fascio di particelle ma portare a diffondersi. Per risolvere questo problema, nel 1960 sviluppati con successo settore focalizzato ciclotrone, il palo montato su un limite superiore sottilmente curvo del settore in una spirale di ferro, può produrre un campo magnetico lungo l'variazione azimutale assiale particella persino accelerato focalizzazione , e le magnetici campo aumenta con aumentata raggio, per garantire una costante frequenza di rotazione delle particelle, la rotazione della costante di tempo, il cosiddetto ciclotrone isocrono.

La seconda categoria è un metastabile meccanismo automatico di fase. L'acceleratore di questo tipo sono: (1) acceleratore di fase stabile; (2) sincrotrone, (3) ciclotrone.

Acceleratore fase metastabile

Mantenere un campo magnetico assiale costante, lasciando la frequenza della frequenza di campo frequenza di ciclotrone accelerando come la diminuzione della particella ridotta simultaneamente, in modo che la risonanza particella carica può continuare ad essere accelerata. Tali acceleratori o di fase metastabile, noti anche come FM ciclotrone acceleratore. Fase metastabile dopo l'utilizzo di meccanismo automatico, in teoria, i protoni può essere accelerata da alte energie illimitate, tuttavia, a causa di motivi tecnici ed economici, il più grande nella storia degli stazionari acceleratori di energia di fase raggiunta solo 700MeV. Questo tipo di acceleratore utilizzato per accelerare protoni, deutoni e alcuni utilizzato per accelerare particelle α drogate, e persino gli ioni azoto.

Sincrotrone

È la dominante campo magnetico cambia con il tempo per assicurare che l'orbita particella carica in un'oscillazione costante. A tal fine, il magnete anulare in, può ridurre il peso del magnete. Accelerando campo elettrico è alternata, e la sua frequenza di ciclotrone come la frequenza delle particelle cariche viene modificata per garantire una più rapida risonanza. Sincrotrone entrambi gli elettroni accelerati, chiamato sincrotrone di elettroni, possono essere utilizzati per accelerare protoni, chiamati Proton Synchrotron acceleratore o la sincronizzazione di fase metastabile. Utilizzato per accelerare ioni pesanti di sincrotrone, per definizione, dovrebbe essere chiamato ioni pesanti di sincrotrone.

Ciclotrone

Conosciuto anche come microonde ciclotrone dedicato agli elettroni accelerando. Questo tipo di acceleratore, il campo magnetico assiale è uniforme, la frequenza del campo accelerante è costante, e la differenza è di accelerare il divario nel polo estremità magnetica, una serie di orbite degli elettroni con l'accelerazione gap centro linea tangente ad un cerchio . Figura 2.5 è un diagramma schematico elettronico dell'orbita elettrone ciclotrone. Ogni cerchio elettrone ciclotrone, è accelerato volta, purché il periodo ciclotrone è uguale ad un numero intero della tensione di accelerazione, è possibile accelerazione risonanza. Elettrone ciclotrone energetico non è elevato, il più grande, ma anche decine di MeV, intensità del fascio di 30 a 120 microampere, molto utilizzato nella dosimetria aspetti medici e radiazioni.

Torus

Le particelle vengono accelerate in una certa struttura energetica, un movimento circolare, la particella è una pista circolare esecuzione dal dipolo (dipolo magnetico) magnetica è controllata. E acceleratore lineare (Linac) non è la stessa, la struttura ad anello dell'acceleratore può continuare ad accelerare le particelle, le particelle più volte attraverso lo stesso punto su un'orbita circolare, ma l'energia delle particelle diffonderanno su sincrotrone maniera radiazioni.


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