Mi a ciklotron?

A történelem részecskefizika egy olyan történet, amelynek célja az egyre kisebb darabok megtalálása. Mivel a tudósok mélyen belemerültek az atom felépítésébe, nekik meg kellett találniuk a módját, hogy elválaszthassák az atomot, hogy megtekintsék az építőelemeket. Ezeket "elemi részecskéknek" nevezzük. Nagyon sok energiát igényelt a szétválasztáshoz. Ez azt is jelentette, hogy a tudósoknak új technológiákkal kellett kidolgozniuk ezt a munkát.

Ehhez kidolgozták a ciklotront, egy olyan részecskegyorsítót, amely állandó mágneses teret használ a töltött részecskék tartására, mivel egy kör alakú spirális mintában egyre gyorsabban mozognak. Végül eltaláltak egy célt, ami másodlagos részecskéket eredményez a fizikusok számára a vizsgálathoz. A ciklotronokat évtizedek óta használják nagy energiájú fizikai kísérletekben, és rák és egyéb állapotok gyógykezelésében is felhasználhatók.

Az első ciklotront 1932-ben a kaliforniai Berkeley-i Egyetemen építette Ernest Lawrence, M. hallgatójával együttműködve. Stanley Livingston. Nagy elektromágneseket helyeztek egy körbe, majd kidolgozták azt a módszert, amellyel a részecskéket a ciklotronon át lehet lőni, hogy felgyorsítsák őket. Ez a munka Lawrence-nek adta az 1939-es Nobel-fizika díjat. Ezt megelőzően a használt részecskegyorsító egy lineáris részecskegyorsító volt,

Mivel Lawrence a ciklotronon dolgozott, ezeket a teszt egységeket az egész világon építették. A Berkeley-i Kaliforniai Egyetem többet épített a Sugárzó Laboratórium számára, és az első európai létesítményt Oroszországban, Leningrádban, a Rádium Intézetben hozták létre. Egyet a második világháború korai éveiben építettek Heidelbergben.

A ciklotron nagy előrelépés volt a linachoz képest. A linakképítéssel ellentétben, amelyben a töltött részecskék egyenes vonalú felgyorsítására mágnesek és mágneses mezők sorozatát igényelték, a kör alakú előnye A tervezés szerint a töltött részecskeáram tovább halad ugyanazon a mágneses mezőn, amelyet a mágnesek létrehoznak, újra és újra, mindegyik alkalommal kis energiát nyerve. így. Amint a részecskék energiát szereztek, nagyobb és nagyobb hurkokat képezhetnek a ciklotron belseje körül, és mindegyik huroknál tovább energiát szereznek. Végül a hurok olyan nagy lenne, hogy a nagy energiájú elektronok sugara áthaladjon az ablakon, ahol bejutnának a bombázási kamrába tanulmányozás céljából. Lényegében ütköztek egy lemezzel, és a részecskék szétszórták a kamrát.

A ciklotron volt az első ciklikus részecskegyorsító, és sokkal hatékonyabb módszert nyújtott a részecskék gyorsításához további vizsgálatokhoz.

Manapság a ciklotronokat még mindig alkalmazzák az orvosi kutatás bizonyos területein, és méretükben nagyjából az asztallapok kialakításától az épületek méretéig és nagyobbig terjednek. Egy másik típus a szinkrotron az 1950-es években tervezett gyorsító, annál erősebb. A legnagyobb ciklotronok a TRIUMF 500 MeV Cyclotron, amely továbbra is működik a brit Columbia Egyetemen (Kanada, Kanada) és a szupravezető gyűrűs ciklotronon a japán Riken laboratóriumban. 19 méter átmérőjű. A tudósok arra használják, hogy megvizsgálják a részecskék tulajdonságait, úgynevezett kondenzált anyagot (ahol a részecskék ragaszkodnak egymáshoz).

A korszerűbb részecskegyorsító kialakítások, például a nagy hadron ütközőnél alkalmazott modellek, messze meghaladhatják ezt az energiaszintet. Ezeket az úgynevezett "atom-összetörőket" úgy építették fel, hogy felgyorsítsák a részecskéket a fénysebességhez nagyon közel, ahogy a fizikusok egyre kisebb darabokra keressenek anyagot. A Higgs Boson keresése az LHC svájci munkájának része. További gyorsítók léteznek a New York-i Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban, az illinoisi Fermilab-ban, a japán KEKB-ben és másokban. Ezek a ciklotron nagyon drága és összetett változatai, amelyek mindegyikének célja a részecskék megértése, amelyek alkotóelem az univerzumban.