Schemat ośrodka synchrotronowego SOLEIL (Francja)
Synchrotron – szczególny typ
akceleratora cyklicznego
, w którym cząstki są przyspieszane w
polu elektrycznym
wzbudzanym w szczelinach rezonatorów synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w każdym
cyklotronie
(akceleratorze cyklicznym) przyspieszane cząstki krążą w
polu magnetycznym
. W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek.
W synchrotronie można uzyskać energię elektronów do 23
GeV
, protonów zaś do 1 TeV. Synchrotronową metodę przyspieszania cząstek podali niezależnie w
1944
r. W. I. Weksler i w
1945
E. M. McMillan
.
Pierwsze synchrotrony były rozwinięciem koncepcji
betatronu
, jako akceleratora przyspieszającego cząstki wzrastającym polem magnetycznym. W komorze akceleratora umieszczono dodatkowo elektrody przyspieszające polem elektrycznym. Elektrody były zasilane napięciem przemiennym wielkiej częstotliwości o częstotliwości synchronicznej z czasem obiegu przyspieszanych cząstek.
Przyspieszane cząstki krążą w komorze próżniowej w kształcie pierścienia, po okręgu o stałym promieniu. Rozwiązanie takie umożliwia zmniejszenie wielkości elektromagnesu potrzebnego do zakrzywiania toru cząstek, zwiększenie pola magnetycznego zakrzywiającego tor ruchu oraz zwiększenie promienia toru przyspieszanych cząstek.
W synchrotronach, w których przyspieszane cząstki wykonują setki tysięcy obiegów, zachodzi konieczność nadawanie rozpędzanym cząstkom odpowiedniego toru. Gdyby nie podejmowano działań w tym kierunku, jedynie niewielka część z początkowej liczby cząstek dotarłaby do celu. W tym celu kształtuje się odpowiednio pole magnetyczne, początkowo (obecnie tylko w małych akceleratorach) stosowano specjalne ukształtowanie pola zakrzywiającego tor ruchu cząstek i w związku z tym wprowadzono podział akceleratorów na: akceleratory bez gradientu pola, ze
stałym gradientem pola
,
zmiennym gradientem pola
.
Obecnie w dużych akceleratorach stosuje się technikę polegającą na rozdzieleniu elementów kształtujących wiązkę i zakrzywiających wiązkę. Między sekcjami zakrzywiającymi tor ruchu, instaluje się sekcje ogniskujące wiązkę oparte zazwyczaj na kwadrupolach.
Duże synchrotrony
Tevatron w Fermilab (duże okręgi to synchrotrony)
Obecnie największym działającym akceleratorem na świecie jest Tevatron w Fermi National Accelerator Laboratory (
Fermilab
), w
USA
. Przyspiesza on
protony
i
antyprotony
do energii ponad 1
TeV
(stąd jego nazwa) w celu zderzenia ich. Jego synchrotron ma średnicę 6,3 km.
Największy na świecie zderzacz cząstek
Large Hadron Collider
(LHC) jest umiejscowiony w Europejskim Laboratorium Wysokich Energii (
CERN
). Zderzacz zawiera synchrotron w tunelu o długości 27 km, w którym wcześniej był zainstalowany zderzacz
elektronów
z
antyelektronami
Large Electron Positron (
LEP
). LHC przyspieszać będzie protony do energii rzędu kilku TeV i zderzać je. Niektóre jony będą przyśpieszane do energii około 1150 TeV.
Zobacz też