Kas ir sinhrotrons?

A sinhrotrons ir cikliska daļiņu paātrinātāja konstrukcija, kurā uzlādētu daļiņu stars atkārtoti iziet cauri magnētiskajam laukam, lai iegūtu enerģiju katrā caurlaidē. Kad stars iegūst enerģiju, lauks pielāgojas, lai saglabātu kontroli pār staru ceļu, kad tas pārvietojas ap riņķveida gredzenu. Principu izstrādāja Vladimirs Vekslers 1944. gadā ar pirmo elektronu sinhrotronu, kas uzcelts 1945. gadā, un pirmo protonu sinhrotrons, kas uzcelts 1952. gadā.

Sinhrotrons ir uzlabojums ciklotrons, kas tika izstrādāta pagājušā gadsimta 30. gados. Ciklotronos lādētu daļiņu stars pārvietojas pa nemainīgu magnētisko lauku, kas vada staru spirāles ceļā, un pēc tam iziet cauri pastāvīgam elektromagnētiskajam laukam, kas nodrošina enerģijas pieaugumu katrā caurlaidē caur lauku. Šis kinētiskās enerģijas izliekums nozīmē, ka stars pārvietojas pa nedaudz plašāku apli caurlaidībā caur magnētisko lauku, iegūstot vēl vienu sitienu un tā tālāk, līdz tas sasniedz vēlamos enerģijas līmeņus.

Uzlabojums, kas noved pie sinhrotrona, ir tāds, ka tā vietā, lai izmantotu nemainīgus laukus, sinhrotrons piemēro lauku, kas mainās laikā. Kad stars iegūst enerģiju, lauks attiecīgi pielāgojas, lai noturētu staru kūļa centrā, kurā atrodas staru kūlis. Tas ļauj labāk kontrolēt staru, un ierīci var uzbūvēt, lai nodrošinātu lielāku enerģijas pieaugumu visā ciklā.

Viens īpašs sinhrotrona konstrukcijas tips tiek saukts par glabāšanas gredzenu, kas ir sinhrotrons, kas paredzēts tikai pastāvīga enerģijas līmeņa uzturēšanai starā. Pēc tam daudzi daļiņu paātrinātāji izmanto galvenā paātrinātāja struktūru, lai paātrinātu staru līdz vēlamajam enerģijas līmenim pārvietojiet to uzturējamā glabāšanas gredzenā, līdz to var sadurt ar citu gaismu, kas pārvietojas pretēji virziens. Tas faktiski divkāršo sadursmes enerģiju, neradot divus pilnus akseleratorus, lai iegūtu divus dažādus starus līdz pilnam enerģijas līmenim.

Kosmotrons bija protonu sinhrotrons, kas tika uzcelts Brukhāvenas Nacionālajā laboratorijā. Tas tika nodots ekspluatācijā 1948. gadā, un pilnu spēku sasniedza 1953. gadā. Tajā laikā tā bija visspēcīgākā uzbūvētā ierīce, kuras enerģija bija aptuveni 3,3 GeV, un tā darbojās līdz 1968. gadam.

Bevatrona celtniecība Lawrence Berkeley Nacionālajā laboratorijā sākās 1950. gadā, un tā tika pabeigta 1954. gadā. 1955. gadā Bevatron tika izmantots, lai atklātu antiprotonu - sasniegumu, kas nopelnīja 1959. gada Nobela prēmiju fizikā. (Interesanta vēsturiska piezīme: To sauca par Bevatraonu, jo tas sasniedza aptuveni 6,4 BeV enerģiju "miljardiem elektronu voltu". Pieņemot SI vienībastomēr šai skalai tika pieņemts prefikss giga-, tāpēc apzīmējums tika mainīts uz GeV.)

Tevatron daļiņu paātrinātājs Fermilabā bija sinhronists. Spēja protonus un antiprotonus paātrināt līdz kinētiskās enerģijas līmenim, kas ir mazāks par 1 TeV, tas bija visspēcīgākais daļiņu paātrinātājs pasaulē līdz 2008. gadam, kad to pārspēja Liels hadronu sadursme. 27 kilometru galvenais akselerators pie lielā hadronu sadursmes ir arī sinhrotrons un ir pašreizējs spēj sasniegt paātrinājuma enerģiju aptuveni 7 TeV uz staru, iegūstot 14 TeV sadursmes.