Čo je synchrotrón?

synchrotron je návrh urýchľovača cyklických častíc, v ktorom lúč nabitých častíc opakovane prechádza magnetickým poľom, aby získal energiu pri každom prechode. Keď lúč získa energiu, pole sa nastaví, aby si udržalo kontrolu nad cestou lúča, keď sa pohybuje okolo kruhového prstenca. Tento princíp bol vyvinutý Vladimírom Vekslerom v roku 1944. Prvý synchrotrón elektrónov bol postavený v roku 1945 a prvý protón synchrotron postavený v roku 1952.

Synchrotrón je vylepšením systému cyklotrón, ktorý bol navrhnutý v 30. rokoch 20. storočia. V cyklotrónoch sa lúč nabitých častíc pohybuje konštantným magnetickým poľom, ktoré vedie lúč špirálovitou cestou, a potom prechádza konštantným elektromagnetickým poľom, ktoré poskytuje zvýšenie energie pri každom prechode cez pole. Tento náraz v kinetickej energii znamená, že lúč sa pohybuje cez mierne širší kruh pri prechode cez magnetické pole, získava ďalší náraz a tak ďalej, až dosiahne požadovanú úroveň energie.

Vylepšenie, ktoré vedie k synchrotrónu, spočíva v tom, že namiesto použitia konštantných polí synchrotron aplikuje pole, ktoré sa mení v čase. Keď lúč získa energiu, pole sa podľa toho prispôsobí, aby lúč držalo v strede trubice, ktorá obsahuje lúč. Toto umožňuje väčšie stupne riadenia lúča a zariadenie môže byť vyrobené tak, aby poskytovalo väčšie zvýšenie energie v priebehu cyklu.

Jeden špecifický typ návrhu synchrotrónu sa nazýva úložný prstenec, čo je synchrotrón, ktorý je určený výlučne na udržiavanie konštantnej úrovne energie v lúči. Mnoho urýchľovačov častíc používa hlavnú štruktúru urýchľovača na urýchlenie lúča na požadovanú úroveň energie preneste ho do udržiavacieho prstenca, ktorý sa má udržiavať, až kým sa nemôže zraziť s iným lúčom pohybujúcim sa opačným smerom smer. Toto efektívne zdvojnásobuje energiu kolízie bez toho, aby bolo potrebné stavať dva plné urýchľovače, aby sa dva rôzne lúče dostali na plnú úroveň energie.

Cosmotron bol protónový synchrotrón postavený v Brookhaven National Laboratory. To bolo uvedené do prevádzky v roku 1948 a dosiahol plnú silu v roku 1953. V tej dobe to bolo najmocnejšie postavené zariadenie, ktoré malo dosiahnuť energie asi 3,3 GeV a zostalo v prevádzke až do roku 1968.

Stavba na Bevatrone v Národnom laboratóriu Lawrence Berkeley začala v roku 1950 a bola dokončená v roku 1954. V roku 1955 bol Bevatron použitý na objavenie antiprotónu, čo je úspech, ktorý získal Nobelovu cenu za fyziku z roku 1959. (Zaujímavá historická poznámka: nazývala sa Bevatraon, pretože dosiahla energiu približne 6,4 BeV pre „miliardy elektróntov“. Prijatím SI jednotkypre túto mierku však bola prijatá predpona giga-, takže zápis sa zmenil na GeV.)

Urýchľovač častíc Tevatronu vo Fermilabe bol synchrotrón. Bol schopný urýchliť protóny a antiprotóny na úroveň kinetickej energie o niečo menej ako 1 TeV, bol najsilnejším urýchľovačom častíc na svete do roku 2008, keď ho prekonal Veľký Hadron Collider. 27-kilometrový hlavný urýchľovač vo veľkom hadrónovom urýchľovači je tiež synchrotrón a je aktuálny schopné dosiahnuť energiu zrýchlenia približne 7 TeV na lúč, výsledkom čoho je 14 TeV kolízie.