синхротрон представляет собой конструкцию ускорителя циклических частиц, в котором пучок заряженных частиц многократно проходит через магнитное поле для получения энергии при каждом проходе. По мере того, как луч получает энергию, поле настраивается, чтобы поддерживать контроль над траекторией луча, когда он движется вокруг круглого кольца. Принцип был разработан Владимиром Векслером в 1944 году, первый электронный синхротрон был построен в 1945 году, а первый протон Синхротрон построен в 1952 году.
Как работает синхротрон
Синхротрон - это улучшение циклотрон, который был разработан в 1930-х годах. В циклотронах пучок заряженных частиц движется через постоянное магнитное поле, которое направляет пучок по спиральной траектории, и затем проходит через постоянное электромагнитное поле, которое обеспечивает увеличение энергии при каждом проходе через поле. Это увеличение кинетической энергии означает, что луч проходит через немного более широкий круг на проходе через магнитное поле, получая еще один удар и так далее, пока не достигнет желаемых уровней энергии.
Улучшение, которое приводит к синхротрону, состоит в том, что вместо использования постоянных полей синхротрон применяет поле, которое изменяется во времени. По мере того, как луч получает энергию, поле корректируется соответствующим образом, чтобы удерживать луч в центре трубки, которая содержит луч. Это обеспечивает большую степень контроля над лучом, и устройство может быть построено так, чтобы обеспечить большее увеличение энергии в течение цикла.
Один конкретный тип конструкции синхротрона называется накопительным кольцом, которое представляет собой синхротрон, который предназначен исключительно для поддержания постоянного уровня энергии в пучке. Многие ускорители частиц используют основную структуру ускорителя для ускорения пучка до желаемого уровня энергии, а затем перенести его в накопительное кольцо, которое необходимо обслуживать, пока оно не столкнется с другим лучом, движущимся в противоположном направлении направление. Это эффективно удваивает энергию столкновения без необходимости создавать два полных ускорителя, чтобы получить два разных пучка до полного энергетического уровня.
Основные синхротроны
Космотрон был протонным синхротроном, построенным в Брукхейвенской национальной лаборатории. Он был введен в эксплуатацию в 1948 году и в полную силу в 1953 году. В то время это было самое мощное устройство, которое могло достичь энергий около 3,3 ГэВ, и оставалось в эксплуатации до 1968 года.
Строительство Беватрона в Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли началось в 1950 году и было завершено в 1954 году. В 1955 году Беватрон был использован для обнаружения антипротона, достижение, которое получило Нобелевскую премию по физике 1959 года. (Интересная историческая справка: он был назван Беватраоном, потому что он достиг энергий около 6,4 БэВ, для «миллиардов электронвольт». С принятием Единицы СИоднако для этой шкалы был принят префикс giga-, поэтому обозначение изменилось на ГэВ.)
Ускоритель частиц Tevatron в Fermilab был синхротроном. Способный ускорять протоны и антипротоны до уровней кинетической энергии чуть менее 1 ТэВ, он был самым мощным ускорителем частиц в мире до 2008 года, когда он был превзойден Большой адронный коллайдер. 27-километровый основной ускоритель на Большом адронном коллайдере также является синхротроном и является текущим способен достигать энергий ускорения около 7 ТэВ на пучок, в результате чего получается 14 ТэВ столкновения.