Cyklotron kontra synchrotron | Akcelerator synchrotronowy kontra akcelerator cyklotronowy
Cyklotron i synchrotron to dwa rodzaje akceleratorów cząstek. Akceleratory cząstek to bardzo przydatne maszyny w dziedzinie fizyki jądrowej. Wysokoenergetyczne zderzenia cząstek subatomowych dają bardzo dobre obserwacje natury jądra. Dla kogoś, kto studiuje taką dziedzinę, wymagana jest gruntowna znajomość akceleratorów synchrotronowych i akceleratorów cyklotronowych. W tym artykule omówimy czym są akceleratory cyklotronowe i synchrotronowe, zasady, na których opierają się te maszyny, ich podobieństwa, zastosowania i wreszcie różnice między akceleratorami cyklotronowymi a akceleratorami synchrotronowymi.
Co to jest akcelerator synchrotronowy?
Akcelerator synchrotronowy to rodzaj akceleratora cząstek. Należy najpierw zrozumieć pojęcie akceleratora cząstek, aby jasno zrozumieć akcelerator synchrotronowy. Kiedy naładowana cząsteczka zostaje skierowana w pole magnetyczne, porusza się po torze kołowym. Akceleratory cząstek są wykorzystywane do badania natury atomów i cząstek subatomowych poprzez dokonywanie zderzeń takich cząstek z dużą prędkością oraz badanie samego zderzenia i produktów zderzenia. W większości przypadków do przyspieszania cząstek używa się pola magnetycznego. Praktyczną metodą uzyskiwania zderzeń przy dużych prędkościach jest użycie dwóch wiązek cząstek obracających się w przeciwnych kierunkach. Stosując tę metodę, łatwo jest uzyskać zderzenia przy dużych prędkościach z prędkościami względnymi sięgającymi nawet 99 procent prędkości światła. Jednak teoria względności stwierdza, że prędkości względne nie mogą być większe niż prędkość światła. Dlatego nawet do przyspieszenia wiązki cząstek do dużej prędkości potrzebna jest ogromna ilość energii. Akcelerator synchrotronowy wykorzystuje zmienne pole magnetyczne i zmienne pole elektryczne, które utrzymują wiązkę cząstek na właściwym torze kołowym, gdy energia jest zwiększona. Akcelerator cząstek zbudowany jest z torusa z możliwością zmiany natężenia pól elektrycznych i magnetycznych wewnątrz torusa. Ścieżka wiązki cząstek jest ścieżką kołową otoczoną przez torus. Koncepcję akceleratora synchrotronowego opracował Sir Marcus Oliphant. Vladimir Veksler był pierwszą osobą, która opublikowała artykuł naukowy na temat akceleratorów synchrotronowych, a pierwszy elektronowy akcelerator synchrotronowy skonstruował Edwin McMillan.
Co to jest akcelerator cyklotronowy?
Akcelerator cyklotronowy jest również akceleratorem cząstek, który jest używany głównie w projektach na małą skalę. Cyklotron to okrągła komora próżniowa, w której przyspieszenie cząstek zaczyna się w centrum. Cząstki poruszają się po spiralnej ścieżce, gdy są przyspieszane. Cyklotron wykorzystuje stałe pole magnetyczne i pole elektryczne o stałej częstotliwości do przyspieszania cząstek.
Jaka jest różnica między akceleratorami cyklotronowymi i synchrotronowymi?
• Cyklotron wykorzystuje stałe pole magnetyczne i pole elektryczne o stałej częstotliwości, ale synchrotron wykorzystuje zmienne pola elektryczne i magnetyczne.
• Synchrotron składa się z rury w kształcie torusa, natomiast cyklotron z komory cylindrycznej lub sferycznej.
• Tryb synchrotronowy jest używany w większości projektów na dużą skalę, takich jak duży zderzacz hadronów (LHC) w CERN, ale cyklotron jest używany głównie w projektach na małą skalę.
