Accelerators Linear ji keriyên doz hatiye vekirin. Wek accelerators particle kar. Çima accelerators particle?

The accelerator ji keriyên doz - amûrekê tiþtê ku girş ji keriyên doz Mad atomî an karlêkkirina rêwîtiyê li nêzî leza. Bingeha karê xwe zêdebûna pêwîst wan e enerjiyê bi qada elektrîkê û guhertina rewşê didome - magnetic.

accelerators particle çi ne?

Van amûran bi berfirehî di biwarên cuda cuda yên zanist û pîşesazîyê de tê bikaranîn. To date, li seranserê cîhanê zêdetir ji 30 hezar heye. Ji bo fîzîkê yên accelerators particle doz wek alaveke ji lêkolîna bingehîn li ser tevna yên atoman, xwezayê de ya bi hêzên nukleer û milkên atomî, ku çi xwezayî pêk ne xizmetê. KirinYê dawî de transuranic û din hêmanên unstable.

Bi tube bidawîbûna ya gengaz bûye ji bo destnîşankirina pere taybet. accelerators particle doz bi jî ji bo ku hilberîna pilebilind,,,, bikaranîn, di Radiography pîşesazî, ku fatreşk bo darê bûjenên bîyolojîk, û di analîza Hajo. Herî yekîneyên bi di xebatê de li ser peywendîyên bingehîn tê bikaranîn.

The jiyana ji pirîskên doz li mayî bi rêzgirtina ji accelerator kêmtir ji yên ku ji keriyên bi lez ji bo Leza nêzî e leza ronahiyê. Ev mîqdar biçûk ji qereqolên dem, piştrast dike. Ji bo nimûne, li CERN hatiye zêdebûna di jiyana ji muốn leza 0,9994c 29 car bi cî bûye.

Ev gotar bi dilxwazî li çi li hundir û kar accelerator particle, pêşketina wê, bi awayên cuda û taybetmendiyên cuda.

prensîbên, lez

Xincî ji çi û kîjan accelerators particle doz hûn nizanin, hemû ew hêmanên hevbeş. Pêşî, divê ew çavkaniya elektronan di doza a tube televizyonê picture an jî elektron û protonan antiparticles xwe di doza ku makîneyên mezintir heye. Ji bilî vê, ew hemû divê qadên elektrîkê bo bêxin û keriyên û zeviyên magnetic bo kontrolkirina rotaya bi xwe heye. Li gel vê, valahiya di accelerator particle doz (10 ^-11 mm Hg. V.), M. E. A herî kêm dorpêçê de hewayî yên ji hijmareka, pêwîst e ji bo misogerkirina jiyaneke dirêj bêj dem. Di dawiyê de, hemû saziyên divê rêyên qeydkirinê de, bi hejmartina û pîvandinê de ji keriyên bi lez heye.

nifşê

Elektronê û protonan bû, ku bi herî li accelerators bikaranîn, bi di hemû materyalên dîtin, lê pêşî divê ew ji wan hilbijêre. Elektronê, bêhtirê caran di eynî awayî wek di tube picture li generated - di device ya ku a "gun" tê gotin. Ev a elektironî (elektrodê neyînî) di valahiya, ku tenûrê, ji bo dewleta ku elektronan dest bi were off atoman e. keriyên doz neyînî bi ji anode (elektrodê erênî) dikşîne û derbas mexrecê. Li gun bi xwe sadetirîn wek accelerator e ji ber ku elektronan dikevin bin bandora qada elektrîkê. The voltaja di navbera elektironî û anode, bi piranî di navbera 50-150 kv.

Ji bilî elektronan di hemû materyalên de protonan bû, lê bi tenê ji dendika proton yek pêk tê ji atomên hîdrojenê. Ji ber vê yekê, çavkaniya particle bo accelerators proton gaza hîdrojenê ye. Di vê rewşê de, ya gazê ye ionized û protonan bi rêya hole ye. Di accelerators mezin proton bi gelek caran di forma îyonên hîdrojenê neyînî avakirin. Ew temsîl elektronek din ji atoman ku ne berhema ionization gazê diatomic. Ji ber ku îyonên hîdrojenê doz neyînî li qonaxên destpêkê yên karê hêsantir dike. Hingê ew bi riya foil tenik, ku ji wan elektronan bêpar li ber qonaxa dawî ya, lez derbas bibe.

lezdanî

Wek accelerators particle kar? A feature key ji hemû yên ji wan ji qada elektrîkê ye. Herî hêsan û nimûne - zeviyê statîk bi unîformên di navbera îmkanęn electric erênî û neyînî, mîna ku ku di navbera termînalê ya battery ceyranê heye. Ev warê kareva ku rahiştiye a negatîf heye ku hêzeke ku ew ji bo potansiyela erênî birêve dibe rastî. Ev ew lezê, û eger tiştekî ku wê di rê de, bi lez û hêz zêdebûna xwe rawestin hene. Elektronê diguherin ber bi potansiyela erênî li ser wire an ku di hewayê de, û dikevin bi atoman winda enerjî, lê eger ew bi li vacuo cîwarkirin, ciye ku ew nêzî anode.

Nakokîya di navbera destpêkê de û dawiya rewşa Îxwan û elektronek ji wan enerjî kirîn. Dema Kurdayetiyê bi riya cudahiya potansiyel ên 1 ji bo 1 electron-volt (eV) wekhev e. Ev yek ji bo 1,6 × 10 ^-19 joule e. The enerjî ji pêşûyan que trîlyon caran bêhtir. Di elektronan kinescope voltaja mezintir 10 KV bi lez bi. Gelek accelerators bigihîne enerjîya gelek bilind pîvan mega, giga û tera-electron-volts.

cureyên

Hin ji yên ku herî zû cureyên accelerators particle, wek carandinê voltaja û generator generator Van de Graaff de, bi bikaranîna qada elektrîkê berdewam ku di îmkanęn xwe ji bo milyon volt. Bi vî rengî Voltages bilind kar hêsan e. A alternatîf pratîk zêdetir çalakiyê dubare zeviyên elektrîkê qels çêkirin potansiyela xwe kêm e. Ev rêgez di du cure yên accelerators modern tê bikaranîn - (bi piranî cyclotrons û synchrotrons) dîmenan û Cyclic. accelerators particle Linear, li kurt de, ji wan re carekê di rêya cihekê zeviyên accelerating derbas, dema hêzdar gelek caran ew di riya bezandin û bi riya qada elektrîkê biçûk bar. Di herdu rewşan de, enerjî dawî ya keriyên girêdayî qada giştî yên çalakiyê de, da ku gelek "bumps" biçûk bi hev re got, bi xwe bidin bandora bûna û ji yek a mezin.

Ev binyat bi dubarekirin ji accelerator bi dîmenan ji bo bipêşxistina zeviyên elektrîkê di rê xwezayî ye bi kar AC, ne DC. Pirîskên doz bi awayekî erênî bi potansiyela neyînî bi lez û dest cêrge, eger derbas erênî. Di pratîkê de, bi voltaja divê pir bi lez bê guhertin. Ji bo nimûne, li enerjiyê yên 1 moves MeV proton li leza pir bilind bi leza ronahî ji 0.46 e, derbas 1.4 m ji 0.01 çirkan de. Ev tê wê wateyê ku di avahiya dubare yên çend metre dirêj, li zeviyên electric, divê alî bi awakî herî kêm 100 MHz guhertin. keriyên Linear û accelerators Cyclic bi piranî wan bi bedêlî frequency qada elektrîkê belav ji 100 MHz ji 3000, t. E. Di range pêlên radyoyê ji bo microwaves.

Pêla asinrevayî yek ji qadên elektrîkê û magnetic oscillating oscillating li angles maf heye ku ji hev û din e. Xala key e bo diyarkirina pêla accelerator de, da ku di hatina keriyên warê elektrîkê li gor vector, lez bi derhêneriya. pêrabeste ya pêlên rêwîtiyê li ser dîrektîfan berevajî li qada girtî, pêlên dengê li organ boriyeke de - Ev dikare bi bikaranîna pêla rawestayî kirin. An bighîjne alternatîf ji bo bi lez diguherin elektronan ku velocities nêzîk bi leza ronahî, pêla rêwîtî.

autophasing

An tesîreke girîng ên ku, lez di warê elektrîkê alternatîf a "aramî qonaxa" e. Li yek qada lereya cycle alternating bi sifirê re derbas dibe ji maximum value back to sifir, ev ji bo kêm kêm û rabe sifir. Bi vî awayî, ew du caran derbas dibe nirxê pêwîst ji bo pêvajo lezgîntir. Eger particle ku zêdekirina velocity, pir zû tê, ew dê qadê hêza têr kar ne, û ji push qels be. Dema ku ew li herêma next, ew test dereng û bandora zêdetir Amerîqayê. Di encama vê çalakiyê, self-phasing pêk tê, ji keriyên dê di qonaxa bi hev re li vê herêmê accelerating be. bandora din jî ew e ku dyalogê, ji wan re di dema ku bişê bi zarûkî bêtir ji herika domdar.

Bi alî yê ku girş

Ku roleke giring di çawa karên û accelerator particle, play û zeviyên magnetic, ku ew dikare bi alî yê tevgera xwe biguherînin. Ev tê wê wateyê ku ew dikarin ji bo "bending" yên ku girş di rêya bezandin bikaranîn, da ku ew her tim bi heman beşa accelerating re derbas bûn. Di sadetirîn doza, li ser particle doz Kurdayetiyê li hêla rastê ber bi alî yên zeviya magnetîsî homojen, a vector hêza biserêxwe, hem ji bo yên tevgera xwe, û ji zeviyê. Ev dibe sedema ku girş to move Di riya bezandin û biserêxwe, ji bo vê xebatê de, heta ku ew ji warê xwe ya çalakiyê an hêzeke din, tê dest pê dike bi hev re tevbigerin li ser wê. Ev bandora ku di accelerators Cyclic wek synchrotron û cyclotron bikaranîn. Di cyclotron, warê her tim ji aliyê magnet mezin çêkirin. Keriyên bi zêdetir ji enerjiya xwe Moving spirally riya bi hev re şoreşa hatiye zêdekirin. The dilopên synchrotron li dora ring bar bi dorûbera berdewam, û qada ku di Electromagnets li dora wek keriyên bilind ring bi lez bi. The magnets bo "bending", temsîl dipoles bi bakur û başûr, destû, xwar di şiklê horseshoe, da ku girş derbas therebetween.

Fonksîyona girîng ya duyem ya Electromagnets e ku bala xwe ji bêj, da ku ew pir teng û dijwar wek gengaz in. Di sadetirîn formê ji magnet deman de - bi çar dîrekên (du bakur û du başûr) û li pêşberî hev û din. Ew ji keriyên bihelînin, ji bo ku navenda di one direction, lê destûrê bide wan, ji bo ku di biserêxwe dikare were belavkirin. magnets Quadrupole bala girşê di pacê, rê wî, ku ji focus herin vertically. Ji bo vê jî, divê ew bê li cotên bikaranîn. Ji bo çêtir deman de bi her magnets sofîstîke jî bi hejmareke mezin ji dîrekên (6 û 8) de tê bikaranîn.

Ji ber ku enerjiyê yên zêdekirina particle de, hêza zeviya magnetîsî, derhêneriyê wan zêde dibe. Ev dihêle ku girş li ser rotaya bi heman. The biguherîne is nav ring anîn û ji bo enerjîyê xwest bi lez ber ku ev nikare bê vekişandin û di tecrûbeyên. Bêrêz bi Electromagnets ku bi çalak e ku zext li pirîskên ji ring synchrotron de pêk tê.

bingûhhevketinî

accelerators particle doz bikaranîn li derman û pîşesazî, bi taybetî berhemên girş ji bo armanceke taybetî raxîne, Tîrêjkirin an ion Cordão. Ev tê wê wateyê ku ji keriyên carekê tê bikaranîn. Heman tişt ji accelerators Di lêkolîna bingehîn ji bo gelek salan bikaranîn bû. Lê the rings di sala 1970 de bi pêş de bûn, ku di nav du tîrêjên mantoyê xwe li ser dîrektîfan dijberî û hev li dora circuit. Avantaja sereke ya van sîstemên e ku di enerjiyê de pevçûnek frontal ji keriyên rasterast diçe enerjî Danûstandina di navbera wan de. Ev yek bi çi biqewime dema ku girş collides bi pictures stationary, ku di doza herî girîng a enerjiyê diçe ji bo kêmkirina maddî hedef in motion, li gor prensîba çandinî ya xurt.

Hin mekîneyên bi tîrêjên colliding bi bi du xelaq çêkirin, gihişt hev di du an jî zêdetir cihên, ku li ser dîrektîfan pêşberî hat weşandin de, pirîskên ji eynî cureyê. More hevpar Collider particle-dijkerî. Dijkerî yên ev pere li pêşberî yên keriyên têkildarkirin. Ji bo nimûne, positron, ku bi awayekî erênî tên gunehkarkirin, û elektronan - neyînî. Ev tê wê wateyê ku qada ku lezê li electron, li positron derîyan, barkirin, di heman. Lê eger ev pêngav dawî de, bi awayekî berevajî, lezkirinê wê. Bi heman awayî, elektronek Kurdayetiyê bi riya curve zeviyê daxwaza magnetic li ser milê çepê, û positron - rastê. Lê eger positron dimeşe pêş, hingê riya xwe berdewam be bi azirinim ji bo ku mafê, di heman demê de li ser curve eynî wek ku ji elektron. Lê belê, ev tê wê wateyê ku ji keriyên dikarin bi rêya ring ji synchrotron li magnets heman dilivin û bi lez ji aliyê zeviyên elektrîkê di heman ferman û berevajî. Li ser vê esasê gelek colliders xurt colliding bêj afirandin, t. To. The tenê pêwîstî bi yek ring accelerator.

Beam di synchrotron dimeşe ne tim û întegreyî "gezê de." Ew dikarin bibin çend santîmetre dirêj û dehyeka a millimeter li diameter, û ji çîna nêzîkî 10 ¹² keriyên. Ev taqan kêm, ji ber ku size ji yên weha re maddî de li ser ²³ atoman ^October. Ji ber vê yekê, dema ku tîrêjên colliding hev e, bi tenê bi îhtimaleke biçûk ku pirîskên bi hev û din, helwesta wê heye. Di pratîkê de dilopên berdewam bar li dora ring û dîsa hev bibînin. valahiya High di accelerator ji keriyên doz (10 ^-11 mm Hg. V.) Ma ji bo ku ji keriyên dikarin ji bo gelek saetan bê Alêksandryê bi molekûlan li hewa circulate pêwîst. Ji ber vê yekê, di rîngê de jî zane navê, ji ber tîrêjên rastî tê de ji bo çend seetan veşartin.

qeydkirina

accelerators particle doz li piraniya dikarin qeyd diqewime dema ji keriyên lêdan, hedef an girşê din, raperîn in bi awayekî berevajî. Di tube picture televîzyonê, elektron ji gun grevê screen phosphor ya li ser rûyê hundir û ronahî, ku bi vî awayî recreates wêneyê waxtekî emit. Di accelerators wisa bi rêk bi taybetî helwesta keriyên belav kirin, di heman demê de ew bi piranî dîzaynkirin, ji bo afirandina îşaretek elektrîkê ku dikarin bêne nav welat dibe bîya û bikaranîna bernameyên computer analîzkirin. Tenê doz hêmanên berhemên îşaretek elektrîkê derbas maddî, bo nimûne ji aliyê ionization an Kahîn yên atoman, û dikarin yekser bên naskirin. Pirîskên bêalî wek neutrons an Wexta em dikarin bi riya ji şêla keriyên doz kir ku ew li motion tên tesbîtkirin.

in, gelek rêk bi taybetî heye. Hinek ji wan, wek Geiger counter, a count particle, û yên din bi kar raxîne, ji bo tracks recording an pîvana velocity ya enerjîyê. bi rêk Modern di size û teknolojiyê de, dikarin ji amûrên pere tevî biçûk ji odeyên gazê tije mezin bi têl ku jixweber tracks ionized produced by keriyên doz diguhere.

çîroka

accelerators particle doz bi taybetî ji bo xebatên li milkên ji dikit atomî û keriyên bingehîn pêşxistin. Ji ber ku vekirina fîzîknasekî Brîtanî Ernest Rutherford di sala 1919, ji bo ku bertekên ji nucleus nitrogen û an particle alpha, hemû lêkolînên di warê fîzîka nukleer ên ji 1932 derve bi dikit helium, serbest hatin berdan ji aliyê rizîbûnê, ji Herwaha xwezayî hatin hilgirtin. Natural alpha-keriyên xwedî enerjî NATOyê ya ji 8 MeV, di heman demê de Rutherford bawer dike ku divê ew bi awayekî sûnî be nirxên ji bo mezintir ji bo çavdêriya rizîbûnê, ji dikit giran hatiye zêdekirin. Di vê dema zehmet xuya bû. Lê belê, li hesab û di sala 1928 ji aliyê Georgiem Gamovym (li Zanîngeha Göttingen, Almanya), da xuyakirin, ku nebûbûn, dikare li enerjîya pir kêmtir tê bikaranîn, û ev hewldanên ji bo avakirina navendeke ku girş ji bo Lêkolînên Nukleer têr provides alikarî bike.

bûyerên din yên di vê dewrê de prensîbên ku li accelerators particle doz bi vê rojê de hatiye avakirin nîşan da. The yekem tecrûbeyên serkeftî bi nebûbûn, bi awayekî sûnî, hatiye zêdekirin Cockroft û Walton û di sala 1932 de li Zanîngeha Cambridge pêk hatin. Bi bikaranîna pereyan voltaja, protonan bi 710 keV lez kir, û da xuyakirin, ku bi ro û bertek bi lithium ji bo avakirina du keriyên alpha. By 1931, li Zanîngeha Princeton li New Jersey, Robert Van de Graaff belt vega çêkirin cara yekem generator bilind-potansiyel. carandinê Voltage generators Cockcroft-Walton û generator Van de Graaff hê jî wek çavkaniyên enerjiyê ji bo accelerators bikaranîn.

Esasê accelerator resonant bi dîmenan Rolf Wideroe in 1928. The Zanîngeha Teknîkî ya Rhine-Westphalian li Aachen, Germany nîşan da bû, ku ew bi kar a voltaja AC bilind ji bo lezkirinê li sodium û potassium nebûbûn, ji bo enerjîya di pênasîna ji du caran ji wan re bêjin. Li sala 1931, li Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê Ernest Lourens û alîkarê wî Dawid Sloan ji University of California, Berkeley, bi kar zeviyan-frequency bilind lez nebûbûn, mercury ji bo enerjîya mezintir 1.2 MeV. Ev kar tê dagirtin bi accelerator ji keriyên doz giran Wideroe, di heman demê de bêj ion in di lêkolînên xwe yên nukleerî kêrhatî ne.

accelerator keyf Magnetic an cyclotron, wek lem yên damezrînê li Lawrence Wideroe ducan bû. Xwendekarên Lawrence Livingston prensîpa ji cyclotron di 1931 nîşan da, ji çêkirina nebûbûn, bi enerjiyê yên 80 keV. Û di sala 1932, Lawrence û Livingston li ser protonan ragihand ji bo zêdetir ji 1 MeV. 4 MeV - Piştre di salên 1930ê de, cyclotrons enerjiyê li ser 25 MeV, û li Wanê de Graaff gihîşt. Sala 1940, Donald Kerst, hukm û encamên bi hesibandina Hay ji orbit ji avaniya magnet ji, ava li University of Illinois, di betatron yekem, induction magnetic accelerator electron.

fîzîkê Modern: accelerators particle

Piştî Şerê Cîhanê yê II bû, pêşketineke bi lez in ku zanista accelerating keriyên ji bo enerjîya bilind heye. Ev Edwin McMillan li Berkeley û Vladimir Veksler li Moskowê dest pê kir. Li sala 1945, ew hem serbixwe ji hev û din prensîpa aramî qonaxa şirove kirine in. Ev têgeha offers a tê wateya parastina Çapa stabîl ji pirîskên di accelerator bezandin ku sînordariyên li ser enerjiya proton li rakirin û biafirîne accelerators keyf magnetic (synchrotrons) bo elektronan kir. Autophasing, bicihkirina prensîpa aramî qonaxa, piştî avakirina synchrocyclotron biçûk li University of California û li synchrotron li Îngilîstanê piştrast bû. Piştî demeke kin, cara yekem proton bi dîmenan accelerator resonant hat afirandin. Ev rêgez di hemû synchrotrons proton mezin hatiye avakirin ji wê de tê bikaranîn.

Di 1947 de, William Hansen, li Zanîngeha Stanford li California, ava yekem a accelerator bi dîmenan ne û elektronek li wave rêwîtiya, ku teknolojiya mîkro ku ji bo radar di dema Şerê Cîhanê yê Duyemîn ve hatiye bikaranîn.

Terakî di xebatê de ji aliyê zêdekirina enerjiyê proton, ku dibû sedema avakirina accelerators her û her mezintir mimkun bû. Ev meyla e ji mesrefa endustrîyê bilind ring magnet mezin hatiye rawestandin. Herî didanîne li dora 40,000 ton. Rêbazên ji bo zêdekirina enerjiyê, bêyî ku mezinbûna size reşaş di derbarê 1952 godu Livingstone, Courant û Snyder a teknîkê de ji alternating deman de têne nîşandayîn bûn (carna xurt deman de navê). Synchrotrons kar li ser vê prensîbê, bi kar tînin magnets 100 car kêmtir ji berî. Bi vî rengî de giraniyê ku di hemû synchrotrons modern de tê bikaranîn.

Di sala 1956 de Kerst fêm kir ku, eger di du koman ji keriyên bi ser Çapa hev re hilînî, tu watch wan dikevin. Sepanê ji vê yekê jî pêwîst kombûna bi lez bêj ya li cycles, navê zane. Ev teknolojiya hatiye a enerjiya herî zêde ji keriyên interaction bidestxistin.