ما هو السنكروترون؟

أ السنكروترون هو تصميم مسرع الجسيمات الدورية ، حيث تمر حزمة من الجسيمات المشحونة بشكل متكرر من خلال المجال المغناطيسي لاكتساب الطاقة في كل مسار. مع اكتساب الشعاع للطاقة ، يتم ضبط المجال للحفاظ على التحكم في مسار الشعاع أثناء تحركه حول الحلقة الدائرية. تم تطوير المبدأ من قبل فلاديمير فيسلر في عام 1944 ، مع أول إلكترون سينكروترون بني في عام 1945 والأول بروتون سنكروترون بنيت في عام 1952.

السنكروترون هو تحسين على السيكلوترون، الذي تم تصميمه في الثلاثينيات. في السيكلوترونات ، تتحرك حزمة الجسيمات المشحونة عبر مجال مغناطيسي ثابت يوجه الحزمة في مسار حلزوني ، ثم يمر عبر مجال كهرومغناطيسي ثابت يوفر زيادة في الطاقة عند كل مرور عبر المجال. هذا الارتطام في الطاقة الحركية يعني أن الشعاع يتحرك من خلال دائرة أوسع قليلاً على الممر من خلال المجال المغناطيسي ، والحصول على نتوء آخر ، وهكذا حتى يصل إلى مستويات الطاقة المطلوبة.

التحسين الذي يؤدي إلى السنكروترون هو أنه بدلاً من استخدام الحقول الثابتة ، يقوم السنكروترون بتطبيق حقل يتغير بمرور الوقت. عندما تكتسب الحزمة طاقة ، يتم ضبط المجال وفقًا لذلك للاحتفاظ بالحزمة في وسط الأنبوب الذي يحتوي على الحزمة. هذا يسمح بدرجات أكبر من التحكم في الحزمة ، ويمكن بناء الجهاز لتوفير المزيد من الزيادات في الطاقة طوال الدورة.

يسمى أحد أنواع معينة من تصميم السنكروترون حلقة التخزين ، وهو السنكروترون الذي تم تصميمه لغرض وحيد هو الحفاظ على مستوى طاقة ثابت في الشعاع. يستخدم العديد من مسرعات الجسيمات هيكل المعجل الرئيسي لتسريع الشعاع إلى مستوى الطاقة المطلوب ، ثم انقلها إلى حلقة التخزين ليتم صيانتها حتى يمكن اصطدامها بشعاع آخر يتحرك في الاتجاه المعاكس اتجاه. وهذا يضاعف طاقة التصادم بشكل فعال دون الحاجة إلى بناء مسرعين كاملين للحصول على شعاعين مختلفين يصلان إلى مستوى الطاقة الكاملة.

كان Cosmotron مركبًا بروتينيًا سينكروترونيًا بني في مختبر بروكهافن الوطني. تم تكليفه في عام 1948 ووصل إلى قوته الكاملة في عام 1953. في ذلك الوقت ، كان أقوى جهاز تم صنعه ، على وشك الوصول إلى طاقات تبلغ حوالي 3.3 GeV ، وظل يعمل حتى عام 1968.

بدأ البناء على بيفاترون في مختبر لورانس بيركلي الوطني في عام 1950 واكتمل في عام 1954. في عام 1955 ، تم استخدام بيفاترون لاكتشاف البروتون المضاد ، وهو إنجاز حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1959. (ملاحظة تاريخية مثيرة للاهتمام: كان يطلق عليها Bevatraon لأنها حققت طاقات تبلغ حوالي 6.4 BeV ، لـ "مليارات الإلكترونات". وحدات SIومع ذلك ، تم اعتماد البادئة giga- لهذا المقياس ، لذلك تغير التدوين إلى GeV.)

كان مسرع جسيمات تيفاترون في Fermilab سينكروترون. قادرة على تسريع البروتونات والبروتونات المضادة إلى مستويات الطاقة الحركية أقل بقليل من 1 تي في ، كانت أقوى مسرع الجسيمات في العالم حتى عام 2008 ، عندما تم تجاوزه من قبل مصادم هادرون كبير. المسرع الرئيسي الذي يبلغ طوله 27 كيلومترًا في مصادم هادرون الكبير هو أيضًا سينكروترون وهو حالي قادرة على تحقيق طاقات تسارع تبلغ حوالي 7 TeV لكل شعاع ، مما ينتج عنه 14 TeV التصادمات.