Elektron accelererar

De används ofta för att ge partiklar en initial låg energipåverkan innan de införs i cirkulära acceleratorer. Linjära högenergiacceleratorer använder en linjär uppsättning plattor eller drivrör som ett alternerande fältfält appliceras på. När partiklarna närmar sig plattan accelereras de mot den genom en motsatt polaritetsladdning som appliceras på plattan.

När de passerar genom hålet i plattan växlar polariteten så att plattan nu skjuter bort dem, och nu accelereras elektron accelererar av den mot nästa platta. Vanligtvis accelereras flödet av" strålar " av partiklar, så en noggrant kontrollerad växelspänning appliceras på varje platta för att kontinuerligt upprepa denna process för varje grupp. När partiklar närmar sig ljusets hastighet blir växlingshastigheten för elektriska fält så hög att de arbetar vid radiofrekvenser, elektron accelererar därför används mikrovågshåligheter i maskiner med högre energi istället för enkla plattor.

Linjära acceleratorer används också i stor utsträckning inom medicin, för strålbehandling och radiokirurgi. Linacs medicinska klasser accelererar elektroner med hjälp av en klystron och ett komplext arrangemang av böjmagneter som producerar en energistråle på 6-30 MeV. Elektronerna kan användas direkt, eller de kan kollideras med ett mål för att producera en röntgenstråle.

Tillförlitligheten, flexibiliteten och noggrannheten hos den resulterande strålen har i stor utsträckning ersatt den äldre användningen av koboltterapi som behandlingsverktyg. Cirkulära eller cykliska RF acceleratorer [Redigera] i en cirkulär accelerator, partiklar rör sig i en cirkel tills de når tillräcklig energi.

Partikelspåret böjs vanligtvis i en cirkel med hjälp av elektromagneter. Fördelen med cirkulära acceleratorer jämfört med LINACS linjära acceleratorer är att ringtopologin tillåter kontinuerlig acceleration, eftersom partikeln kan transitera på obestämd tid. En annan fördel är att den cirkulära acceleratorn är mindre än en linjär accelerator med jämförbar effekt i.

Beroende på energi och accelererad partikel lider cirkulära acceleratorer av nackdelen att partiklarna avger synkrotronstrålning. När någon laddad partikel accelererar avger den elektromagnetisk strålning och sekundära utsläpp. Eftersom en partikel som rör sig i en cirkel alltid accelereras mot mitten av cirkeln, strålas den kontinuerligt i riktning mot att röra cirkeln. Denna strålning kallas synkrotronljus och beror starkt på massan av den accelererande partikeln.

Av denna anledning är många högenergielektronacceleratorer LINACS. Vissa synkrotronacceleratorer skapas emellertid speciellt för produktion av synkrotronröntgenstrålar. Eftersom den speciella relativitetsteorin kräver att materien alltid färdas långsammare än ljusets hastighet i vakuum, i högenergiacceleratorer, när energin ökar partiklarnas hastighet närmar sig ljusets hastighet som en gräns, men når den aldrig.

Därför tänker partikelfysiker vanligtvis inte i termer av hastighet, utan snarare i termer av partikelns energi eller momentum, vanligtvis mätt i elektroniska volt. En viktig princip för cirkulära acceleratorer och partikelstrålar i allmänhet är att krökningen av partikelbanan är proportionell mot partikelladdningen och magnetfältet, men omvänt proportionell mot den vanligtvis relativistiska momentumet.

Cyklotroner [redigera] 60-tums Lawrence cyklotron, med magnetiska poler 60 inches 5 ft, 1. Glenn T. Seaborg och Edwin Macmillan, höger, använde den för att upptäcka plutonium, Neptunium och många andra Transraniska element och isotoper, för vilka de vann Nobelpriset i kemi. Huvudartikel: Cyclotron de tidigaste operativa cirkulära acceleratorer var cyklotroner uppfanns av Ernest Lawrence vid University of California, Berkeley.

Cyklotroner har ett par ihåliga D-formade plattor för att accelerera partiklar och en stor dipolmagnet för att böja sig in i en cirkulär bana. Detta är en karakteristisk egenskap hos laddade partiklar i ett enhetligt och konstant magnetfält B, som de roterar med en konstant period, vid en frekvens som kallas cyklotronfrekvensen, förutsatt att deras hastighet är liten jämfört med ljusets hastighet c.

Detta innebär att cyklotronens accelererande D kan drivas med en konstant frekvens med hjälp av en RF-accelererande kraftkälla, eftersom strålen kontinuerligt spikar utåt. Partiklarna injiceras i mitten av magneten och extraheras vid ytterkanten vid maximal energi. Cyklotroner når energigränsen på grund av relativistiska effekter, vilket resulterar i att partiklarna effektivt blir mer massiva, så att deras cyklotronfrekvens frigörs ur synkronisering med den accelererande RF.

Om den accelereras ytterligare kommer strålen att fortsätta att sjunka utåt till en större radie, men partiklarna kommer inte längre att få tillräckligt med hastighet för att slutföra en större cirkel i elektron accelererar steg med hjälp av en accelererande RF. För att matcha de relativistiska effekterna måste magnetfältet ökas till högre radier, vilket görs i isokrona cyklotroner.

Hittills är LEP den mest kraftfulla lepton-acceleratorn som någonsin byggts. Bakgrunden till LEP-kolliderarna var lepton circular collider, den mest kraftfulla kollideraren som någonsin byggts. För sammanhang kan moderna kolliderare i allmänhet klassificeras baserat på deras cirkulära eller linjära form och på vilka partiklar de accelererar och kolliderar med leptoner eller hadroner.

Leptoner är punktpartiklar och är relativt lätta. Eftersom de är punktpartiklar är deras kollisioner rena och kan mätas exakt; men eftersom de är lätta kan kollisioner inte uppnå samma energi som kan uppnås med tyngre partiklar. Hadroner är sammansatta partiklar som består av kvarkar och är relativt tunga; protoner har till exempel en masstid som överstiger elektroner. På grund av sin högre massa kan de accelereras till mycket högre energier, vilket är nyckeln till att direkt observera nya partiklar eller interaktioner som inte förutsägs av för närvarande accepterade teorier.

Hadronkollisioner är emellertid mycket smutsiga, till exempel finns det ofta många orelaterade spår, och det är inte lätt att bestämma kollisionsenergin och därför svårare att analysera och mindre mottagliga för exakta mätningar. Högenergikollisioner samlar partiklar i grupper och kolliderar sedan med strålar tillsammans. Men bara en mycket liten del av partiklarna i varje grupp kolliderar faktiskt.

I cirkulära kolliderare rör sig dessa grupper runt en ungefär cirkulär form i motsatta riktningar och kan därför kollidera om och om igen. Detta säkerställer en elektron accelererar nivå av kollisioner och underlättar insamlingen av stora mängder data, vilket är viktigt för noggranna mätningar eller för att observera mycket sällsynta sönderfall. Gruppernas energi är dock begränsad på grund av förluster från synkrotronstrålning.

I linjära kolliderare rör sig partiklar i en rak linje och lider därför inte av synkrotronstrålning, men grupperingarna kan inte återanvändas och därför är det svårare att samla in stora mängder data. Som en cirkulär leptonkollisör var LEP väl lämpad för exakta mätningar av elektroprotektiv interaktion vid energier som inte tidigare hade kunnat uppnås. Historia [redigera] byggandet av LEP var ett betydande åtagande.

Samtidigt var det det största civilingenjörsprojektet i Europa. Energi Lep Collider är så småningom i slutet