Čo je cyklotrón?

História mesta časticová fyzika je príbeh o hľadaní stále menších kúskov hmoty. Keď sa vedci ponorili hlboko do atómu atómu, museli nájsť spôsob, ako ho rozdeliť, aby videli jeho stavebné kamene. Nazývajú sa „elementárne častice“. Na ich rozdelenie bolo potrebné veľa energie. Znamenalo to tiež, že vedci museli na túto prácu prísť s novými technológiami.

Preto navrhli cyklotrón, typ urýchľovača častíc, ktorý využíva konštantné magnetické pole na zadržiavanie nabitých častíc, keď sa pohybujú rýchlejšie a rýchlejšie v kruhovom špirálovom vzore. Nakoniec zasiahli cieľ, čo viedlo k tomu, že fyzici študovali sekundárne častice. Cyklotróny sa už desaťročia používajú vo vysokoenergetických fyzikálnych experimentoch a sú tiež užitočné pri liečení rakoviny a iných stavov.

Prvý cyklotrón postavil na kalifornskej univerzite v Berkeley v roku 1932 Ernest Lawrence v spolupráci so svojím študentom M. Stanley Livingston. Do kruhu umiestnili veľké elektromagnety a potom vymysleli spôsob, ako streliť častice cez cyklotrón a urýchliť ich. Táto práca získala Lawrence, Nobelovu cenu za fyziku z roku 1939. Predtým bol hlavným urýchľovačom častíc lineárny urýchľovač častíc,

Od práce Lawrence na cyklotróne boli tieto testovacie jednotky budované po celom svete. Kalifornská univerzita v Berkeley postavila niekoľko z nich pre svoje Radiačné laboratórium a prvé európske zariadenie sa vytvorilo v Leningrade v Rusku v Radium Institute. Ďalší bol postavený počas prvých rokov druhej svetovej vojny v Heidelbergu.

Cyklotrón bol veľkým zlepšením oproti linkeru. Na rozdiel od dizajnu linac, ktorý vyžadoval rad magnetov a magnetických polí na urýchlenie nabitých častíc v priamke, výhoda kruhového Dizajn bol taký, že prúd nabitých častíc bude stále prechádzať rovnakým magnetickým poľom, ktoré vytvárajú magnety dokola a znova, čím získava vždy trochu energie. áno. Keď častice získali energiu, vytvorili by väčšie a väčšie slučky okolo vnútrajška cyklotrónu a pokračovali v získavaní väčšieho množstva energie s každou slučkou. Nakoniec by slučka bola taká veľká, aby lúč vysokoenergetických elektrónov prešiel oknom, v tomto bode vstúpia do bombardovacej komory na účely štúdia. V podstate sa zrazili s tanierom a rozptýlené častice okolo komory.

Cyklotrón bol prvý z cyklických urýchľovačov častíc a poskytol oveľa účinnejší spôsob na urýchlenie častíc na ďalšie štúdium.

V súčasnosti sa cyklotróny stále používajú v určitých oblastiach lekárskeho výskumu a ich veľkosť sa pohybuje od zhruba stolových návrhov až po veľkosť budovy a väčšiu. Ďalším typom je synchrotron urýchľovač, navrhnutý v 50-tych rokoch a je výkonnejší. Najväčšie cyklotróny sú TRIUMF 500 MeV Cyclotron, ktorá je stále v prevádzke na University of British Columbia vo Vancouveri, Britská Kolumbia, Kanada a supravodivý kruhový cyklotrón v laboratóriu Riken v Japonsku. Má 19 metrov. Vedci ich používajú na štúdium vlastností častíc, niečoho, čo sa nazýva kondenzovaná hmota (kde sa častice navzájom drží.

Modernejšie dizajny urýchľovačov častíc, ako napríklad tie, ktoré sa používajú pri veľkom hadrónovom urýchľovači, môžu túto úroveň energie ďaleko prekonať. Tieto takzvané „atómy rozbíjača“ boli vyvinuté tak, aby urýchlili častice veľmi blízko rýchlosti svetla, pretože fyzici vyhľadávajú stále menšie kúsky hmoty. Hľadanie Higgsovho bosona je súčasťou práce LHC vo Švajčiarsku. Ďalšie urýchľovače existujú v Brookhaven National Laboratory v New Yorku, vo Fermilab v Illinois, KEKB v Japonsku a ďalšie. Sú to veľmi drahé a komplexné verzie cyklotrónu, všetky určené na pochopenie častíc, ktoré tvoria záležitosť vo vesmíre.