Что такое циклотрон?

История физика элементарных частиц это история поиска кусочков материи. Когда ученые углубились в структуру атома, им нужно было найти способ разделить его на части, чтобы увидеть его строительные блоки. Они называются «элементарными частицами». Требовалось много энергии, чтобы разделить их. Это также означало, что ученые должны были придумать новые технологии, чтобы сделать эту работу.

Для этого они разработали циклотрон, тип ускорителя частиц, который использует постоянное магнитное поле для удержания заряженных частиц, поскольку они движутся все быстрее и быстрее по круговой спиральной схеме. В конце концов, они попадают в цель, что приводит к появлению вторичных частиц для изучения физиками. Циклотроны использовались в экспериментах по физике высоких энергий в течение десятилетий, а также полезны при лечении рака и других состояний.

Первый циклотрон был построен в Калифорнийском университете в Беркли в 1932 году Эрнестом Лоуренсом в сотрудничестве со своим учеником М. Стэнли Ливингстон. Они поместили большие электромагниты в круг, а затем изобрели способ стрелять частицы через циклотрон, чтобы ускорить их. Эта работа принесла Лоуренсу 1939 Нобелевскую премию по физике. До этого основным используемым ускорителем частиц был линейный ускоритель частиц,

После работ Лоуренса на циклотроне эти испытательные установки были построены по всему миру. Калифорнийский университет в Беркли построил несколько из них для своей Радиационной лаборатории, и в Ленинграде в России был создан первый европейский объект в Радиевом институте. Другой был построен в первые годы Второй мировой войны в Гейдельберге.

Циклотрон был большим улучшением по сравнению с линейным ускорителем. В отличие от конструкции линейного ускорителя, которая требовала ряда магнитов и магнитных полей для ускорения заряженных частиц по прямой линии, преимущество кругового замысел состоял в том, что поток заряженных частиц будет продолжать проходить через одно и то же магнитное поле, создаваемое магнитами снова и снова, получая немного энергии каждый раз, когда это делал так. По мере того как частицы приобретали энергию, они создавали все большие и большие петли вокруг внутренней части циклотрона, продолжая получать больше энергии с каждой петлей. В конце концов, петля будет настолько большой, что пучок электронов высокой энергии пройдет через окно, и в этот момент они попадут в камеру бомбардировки для изучения. По сути, они сталкивались с пластиной, и это рассеивало частицы вокруг камеры.

Циклотрон был первым из циклических ускорителей частиц, и он предоставил гораздо более эффективный способ ускорения частиц для дальнейшего изучения.

Сегодня циклотроны все еще используются в определенных областях медицинских исследований, и их размеры варьируются от примерно настольных конструкций до размеров зданий и более. Другой тип синхротрон ускоритель, разработанный в 1950-х годах, и более мощный. Самые большие циклотроны ТРИУМФ Циклотрон 500 МэВ, который все еще работает в Университете Британской Колумбии в Ванкувере, Британская Колумбия, Канада, и на циклотроне со сверхпроводящим кольцом в лаборатории Рикена в Японии. Это 19 метров в поперечнике. Ученые используют их для изучения свойств частиц, так называемого конденсированного вещества (где частицы прилипают друг к другу.

Более современные конструкции ускорителей частиц, такие как на Большом адронном коллайдере, могут значительно превзойти этот уровень энергии. Эти так называемые «атомные разрушители» были созданы для ускорения частиц до очень близкой к скорости света, когда физики разыскивают все более мелкие кусочки вещества. Поиск бозона Хиггса является частью работы LHC в Швейцарии. Другие ускорители существуют в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, в Фермилабе в Иллинойсе, KEKB в Японии и других. Это очень дорогие и сложные версии циклотрона, предназначенные для понимания частиц, составляющих материю во вселенной.