מהי סינכרוטרון?

א סינכרוטרון הוא תכנון של מאיץ חלקיקים מחזורי, בו קרן של חלקיקים טעונים עוברת שוב ושוב דרך שדה מגנטי כדי להשיג אנרגיה בכל מעבר. ככל שהקרן משיגה אנרגיה, השדה מסתגל כדי לשמור על שליטה על מסלול הקורה כאשר הוא נע סביב הטבעת המעגלית. העיקרון פותח על ידי ולדימיר וקסלר בשנת 1944, כאשר הסינכרוטרון האלקטרוני הראשון נבנה בשנת 1945 והראשון פרוטון סינכרוטרון שנבנה בשנת 1952.

הסינכרוטרון מהווה שיפור ב - ציקלוטרון, שעוצב בשנות השלושים. בציקלוטרונים, קרן החלקיקים הטעונים עוברת דרך שדה מגנטי קבוע המנחה את הקורה בנתיב ספיראלי, ואז עובר דרך שדה אלקטרומגנטי קבוע המספק עלייה באנרגיה בכל מעבר בשדה. בליטה זו באנרגיה קינטית פירושה שהקרן עוברת דרך מעגל רחב מעט יותר במעבר דרך השדה המגנטי, מקבלת בליטה נוספת וכן הלאה עד שהיא מגיעה לרמות האנרגיה הרצויות.

השיפור שמוביל לסינכרוטרון הוא שבמקום להשתמש בשדות קבועים, סינכרוטרון מיישם שדה המשתנה בזמן. ככל שהקרן משיגה אנרגיה, השדה מסתגל בהתאם כדי להחזיק את הקורה במרכז הצינור המכיל את הקורה. זה מאפשר דרגות שליטה גדולות יותר על הקורה, וניתן לבנות את המכשיר כדי לספק עליות אנרגיה יותר לאורך מחזור.

סוג מסוים של תכנון סינכרוטרון נקרא טבעת אחסון, שהיא סינכרוטרון המיועד למטרה היחידה של שמירה על רמת אנרגיה קבועה בקורה. מאיצי חלקיקים רבים משתמשים במבנה המאיץ הראשי כדי להאיץ את הקורה עד לרמת האנרגיה הרצויה העבר אותו לטבעת האחסון שתישמר עד שניתן יהיה להתנגש בקורה אחרת הנעה הפוכה כיוון. זה מכפיל ביעילות את אנרגיית ההתנגשות ללא צורך לבנות שני מאיצים מלאים כדי לקבל שתי קורות שונות עד לרמת אנרגיה מלאה.

הקוסמוטרון היה סינכרוטרון פרוטון שנבנה במעבדה הלאומית ברוקבן. הוא הוזמן בשנת 1948 והגיע למלוא כוחו בשנת 1953. באותה תקופה זה היה המכשיר החזק ביותר שנבנה, עומד להגיע לאנרגיות של כ -3.3 GeV, והוא נשאר בפעולה עד 1968.

הבנייה בבבטרון במעבדה הלאומית של לורנס ברקלי החלה בשנת 1950 והיא הסתיימה בשנת 1954. בשנת 1955 שימש הבווטרון לגילוי האנטי-פרוטון, הישג שזכה בפרס נובל לפיזיקה ב -1959. (הערה היסטורית מעניינת: זה נקרא Bevatraon מכיוון שהוא השיג אנרגיות של בערך 6.4 BEV, עבור "מיליארדי אלקטרונים". עם אימוץ של יחידות SIעם זאת, הקידומת giga- אומצה לסולם זה, ולכן הסימון השתנה ל- GeV.)

מאיץ החלקיקים של טברון בפרמילאב היה סינכרוטרון. כשהוא מסוגל להאיץ פרוטונים ואנטי-פרוטונים לרמות אנרגיה קינטית מעט פחות מ- TeV 1, זה היה מאיץ החלקיקים החזק ביותר בעולם עד 2008, כאשר הועלה על ידי קדריידר גדול. המאיץ הראשי של 27 קילומטרים במסדרון הגדול הדררון הוא גם סינכרוטרון והוא זרם מסוגל להשיג אנרגיות תאוצה של כ 7 ט"ו לכל קרן, וכתוצאה מכך 14 ט"ו התנגשויות.