ZA synchrotron to konstrukcja cyklicznego akceleratora cząstek, w którym wiązka naładowanych cząstek przechodzi wielokrotnie przez pole magnetyczne, aby uzyskać energię przy każdym przejściu. Gdy wiązka zyskuje energię, pole dostosowuje się, aby zachować kontrolę nad ścieżką wiązki poruszającej się po okrągłym pierścieniu. Zasada została opracowana przez Vladimira Vekslera w 1944 roku, z pierwszym synchrotronem elektronowym zbudowanym w 1945 roku i pierwszym proton synchrotron zbudowany w 1952 roku.
Jak działa Synchrotron
Synchrotron jest ulepszeniem cyklotron, który został zaprojektowany w 1930 roku. W cyklotronach wiązka naładowanych cząstek porusza się przez stałe pole magnetyczne, które prowadzi wiązkę spiralną, a następnie przechodzi przez stałe pole elektromagnetyczne, które zapewnia wzrost energii przy każdym przejściu przez pole. Ten guz energii kinetycznej oznacza, że wiązka porusza się przez nieco szerszy okrąg podczas przejścia przez pole magnetyczne, otrzymując kolejny guz i tak dalej, aż osiągnie pożądany poziom energii.
Ulepszenie, które prowadzi do synchrotronu, polega na tym, że zamiast używać stałych pól, synchrotron stosuje pole, które zmienia się w czasie. Gdy wiązka zyskuje energię, pole dostosowuje się odpowiednio, aby utrzymać wiązkę w środku rurki zawierającej wiązkę. Pozwala to na większą kontrolę nad wiązką, a urządzenie można zbudować w celu zapewnienia większego wzrostu energii w całym cyklu.
Jeden szczególny rodzaj konstrukcji synchrotronu nazywany jest pierścieniem magazynującym, który jest synchrotronem zaprojektowanym wyłącznie w celu utrzymania stałego poziomu energii w wiązce. Wiele akceleratorów cząstek wykorzystuje zatem główną strukturę akceleratora do przyspieszenia wiązki do pożądanego poziomu energii przenieś go do utrzymywanego pierścienia magazynowego, aż będzie można go zderzyć z inną wiązką poruszającą się w przeciwnym kierunku kierunek. To skutecznie podwaja energię zderzenia bez konieczności budowania dwóch pełnych akceleratorów, aby uzyskać dwie różne wiązki aż do pełnego poziomu energii.
Główne Synchrotrony
Cosmotron był synchrotronem protonowym zbudowanym w Brookhaven National Laboratory. Został oddany do użytku w 1948 r., A pełną moc osiągnął w 1953 r. W tym czasie było to najpotężniejsze urządzenie, które miało osiągnąć energię około 3,3 GeV i działało do 1968 roku.
Budowa Bevatron w Lawrence Berkeley National Laboratory rozpoczęła się w 1950 r. I została ukończona w 1954 r. W 1955 r. Bevatron wykorzystano do odkrycia antyprotonu, osiągnięcia, które przyniosło mu nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki z 1959 r. (Interesująca nota historyczna: Nazywała się Bevatraon, ponieważ osiągała energie około 6,4 BeV dla „miliardów elektronowoltów”. Jednostki SI, jednak dla tej skali przyjęto prefiks giga-, więc notacja zmieniła się na GeV.)
Akcelerator cząstek Tevatron w Fermilab był synchrotronem. Był w stanie przyspieszyć protony i antyprotony do poziomów energii kinetycznej nieco mniejszej niż 1 TeV, był to najpotężniejszy akcelerator cząstek na świecie do 2008 roku, kiedy został przekroczony przez Wielki Zderzacz Hadronów. 27-kilometrowy główny akcelerator w Wielkim Zderzaczu Hadronów jest również synchrotronem i jest obecny w stanie osiągnąć energie przyspieszenia około 7 TeV na wiązkę, co daje 14 TeV kolizje.