Kas ir ciklotrons?

Vēsture daļiņu fizika ir stāsts par mēģinājumu atrast arvien mazākus matērijas gabalus. Tā kā zinātnieki dziļi iedziļinājās atoma kosmētikā, viņiem bija jāatrod veids, kā to sadalīt, lai redzētu tā celtniecības blokus. Tos sauc par "elementārajām daļiņām". Lai tos sadalītu, bija vajadzīgs daudz enerģijas. Tas arī nozīmēja, ka zinātniekiem bija jāizdomā jaunas tehnoloģijas, lai veiktu šo darbu.

Šim nolūkam viņi izstrādāja ciklotronu - daļiņu paātrinātāju, kas izmanto pastāvīgu magnētisko lauku, lai noturētu uzlādētas daļiņas, jo tās ātrāk un ātrāk pārvietojas apļveida spirāles formā. Galu galā viņi trāpīja mērķī, kura rezultātā fiziķi pētīja sekundārās daļiņas. Ciklotroni gadu desmitiem ir izmantoti fizikāli eksperimentos ar lielu enerģiju, un tie ir noderīgi arī vēža un citu slimību ārstēšanā.

Pirmo ciklotronu 1932. gadā Kalifornijas universitātē Bērklijā uzcēla Ernests Lawrence sadarbībā ar savu studentu M. Stenlijs Livingstons. Viņi ievietoja lielus elektromagnētus aplī un pēc tam izstrādāja veidu, kā daļiņas izšaut caur ciklotronu, lai tās paātrinātu. Šis darbs ieguva Lawrence 1939. gada Nobela prēmiju fizikā. Pirms tam galvenais izmantotais daļiņu paātrinātājs bija lineārais daļiņu paātrinātājs,

Kopš Lawrence strādā pie ciklotrona, šīs testa vienības ir būvētas visā pasaulē. Kalifornijas universitāte Bērklijā vairākus no tiem uzcēla savai Radiācijas laboratorijai, un pirmais Eiropas objekts tika izveidots Ļeņingradā Krievijā, Rādija institūtā. Cits tika uzcelts Otrā pasaules kara pirmajos gados Heidelbergā.

Ciklotrons bija liels uzlabojums salīdzinājumā ar linaku. Pretstatā linaku noformējumam, kam vajadzēja virkni magnētu un magnētisko lauku, lai paātrinātu lādētās daļiņas taisnā līnijā, riņķveida ieguvums dizains bija tāds, ka uzlādētu daļiņu plūsma vienmērīgi iet cauri tam pašam magnētiskajam laukam, ko atkal un atkal rada magnēti, iegūstot mazliet enerģijas katru reizi tātad. Kad daļiņas ieguva enerģiju, tās veidos lielākas un lielākas cilpas ap ciklotrona iekšpusi, turpinot iegūt vairāk enerģijas ar katru cilpu. Galu galā cilpa būtu tik liela, ka augstas enerģijas elektronu stars izietu cauri logam, kurā brīdī tie nonāks bombardēšanas kamerā izpētei. Būtībā tie sadūrās ar plāksni, un tas izkaisīja daļiņas ap kameru.

Ciklotrons bija pirmais no ciklisko daļiņu paātrinātājiem, un tas sniedza daudz efektīvāku veidu daļiņu paātrināšanai turpmākai izpētei.

Mūsdienās ciklotroni joprojām tiek izmantoti noteiktās medicīniskās izpētes jomās, un to lielums svārstās no aptuveni galda virsmām līdz ēkas lielumam un lielākiem. Vēl viens veids ir sinhrotrons paātrinātājs, kas projektēts pagājušā gadsimta 50. gados, un ir jaudīgāks. Lielākie ciklotroni ir TRIUMF 500 MeV ciklotrons, kas joprojām darbojas Britu Kolumbijas universitātē Vankūverā, Britu Kolumbijā, Kanādā, un supravadošā gredzena ciklotronā Rikenas laboratorijā Japānā. Tas šķērso 19 metrus. Zinātnieki tos izmanto, lai izpētītu daļiņu, tā saucamās kondensētās vielas (kur daļiņas pielīp viena otrai) īpašības.

Mūsdienīgākas daļiņu paātrinātāja konstrukcijas, piemēram, tādas, kuras ir uzstādītas lielajā hadronu sadursmē, var tālu pārsniegt šo enerģijas līmeni. Šie tā saucamie "atomu iznīcinātāji" ir būvēti, lai paātrinātu daļiņas līdz ļoti tuvu gaismas ātrumam, jo ​​fiziķi meklē arvien mazākus matērijas gabalus. Higsa Bosona meklēšana ir daļa no LHC darba Šveicē. Citi paātrinātāji pastāv Brukhāvenas Nacionālajā laboratorijā Ņujorkā, Fermilabā Ilinoisā, KEKB Japānā un citās. Šīs ir ļoti dārgas un sarežģītas ciklotrona versijas, un tas viss ir paredzēts, lai saprastu daļiņas, kas veido lietu Visumā.