Какво е циклотрон?

Историята на физика на частиците е история за търсене на все по-малки парчета материя. Докато учените се задълбочиха дълбоко в състава на атома, те трябваше да намерят начин да го разделят, за да видят неговите градивни елементи. Те се наричат ​​"елементарни частици". Изискваше много енергия, за да ги раздели. Това също означаваше, че учените трябва да измислят нови технологии, за да вършат тази работа.

За това те създадоха циклотрон, вид ускорител на частици, който използва постоянно магнитно поле за задържане на заредени частици, докато се движат по-бързо и по-бързо в кръгова спирална схема. В крайна сметка те се удрят в мишена, което води до вторични частици за изучаване на физиците. Циклотроните се използват в експериментите по физика с висока енергия от десетилетия, а също така са полезни при медицински лечения на рак и други състояния.

Първият циклотрон е построен в Калифорнийския университет в Бъркли през 1932 г. от Ернест Лорънс в сътрудничество със студента му М. Стенли Ливингстън. Те поставиха големи електромагнити в кръг и след това измислиха начин да изстрелят частиците през циклотрон, за да ги ускорят. Тази работа спечели Лоурънс през 1939 г. Нобелова награда по физика. Преди това използваният основен ускорител на частици беше линеен ускорител на частици, т.е.

След работата на Лорънс върху циклотрона, тези тестови единици са изградени по целия свят. Калифорнийският университет в Бъркли изгради няколко от тях за своята радиационна лаборатория, а първото европейско съоръжение е създадено в Ленинград в Русия в Института по радиуми. Друг е построен през първите години на Втората световна война в Хайделберг.

Циклотронът беше голямо подобрение над лунака. За разлика от дизайна на linac, който изискваше серия от магнити и магнитни полета за ускоряване на заредените частици по права линия, ползата от кръговата Дизайнът беше, че зареденият поток от частици ще продължава да преминава през същото магнитно поле, създадено от магнитите отново и отново, печелейки малко енергия всеки път, когато го направи така. Тъй като частиците печелят енергия, те ще правят по-големи и по-големи бримки около вътрешността на циклотрон, продължавайки да печелят повече енергия с всеки цикъл. В крайна сметка цикълът ще бъде толкова голям, че лъчът високоенергийни електрони ще премине през прозореца, в този момент те ще влязат в камерата за бомбардиране за изследване. По същество те се сблъскаха с плоча и тази разпръсна частици около камерата.

Циклотронът е първият от цикличните ускорители на частици и осигурява много по-ефективен начин за ускоряване на частиците за по-нататъшно изследване.

Днес циклотроните все още се използват за определени области на медицински изследвания и варират по размер от приблизително дизайни на плотове до градивни конструкции и по-големи. Друг вид е синхротрона ускорител, проектиран през 50-те години и е по-мощен. Най-големите циклотрони са TRIUMF 500 MeV циклотрон, която все още работи в Университета на Британска Колумбия във Ванкувър, Британска Колумбия, Канада, и свръхпроводящия пръстенен циклотрон в лаборатория Riken в Япония. Намира се на 19 метра. Учените ги използват за изследване на свойствата на частиците, на нещо, наречено кондензирана материя (където частиците се залепват една за друга.

По-модерните дизайни на ускорители на частици, като тези на Големия адронен колайдер, могат далеч да надминат това енергийно ниво. Тези така наречени "атомни чукове" са създадени да ускоряват частиците до много близка скорост на светлината, тъй като физиците търсят все по-малки парчета материя. Търсенето на Хигс Босон е част от работата на LHC в Швейцария. Други ускорители съществуват в Националната лаборатория в Брукхейвен в Ню Йорк, във Фермилаб в Илинойс, в KEKB в Япония и други. Това са много скъпи и сложни версии на циклотрон, всички посветени на разбирането на частиците, които съставляват материята във Вселената.