A szinkrotron ábra egy ciklikus részecskegyorsító kialakítása, amelyben a töltött részecskék sugárzása ismételten áthalad a mágneses mezőn, hogy energiát szerezzen minden egyes lépésnél. Amint a nyaláb energiát nyer, a mező úgy áll, hogy fenntartja az irányítást a sugár útja felett, miközben a körgyűrű körül mozog. Az elvet Vladimir Veksler fejlesztette ki 1944-ben, az első elektron szinkrotronnal, amelyet 1945-ben építettek, és az első proton 1952-ben épült szinkrotron.
Hogyan működik a szinkrotron
A szinkrotron javítása a ciklotron, amelyet az 1930-as években terveztek. Ciklotronokban a töltött részecskék sugara állandó mágneses mezőn mozog, amely a sugárt spirális úton vezeti, majd egy állandó elektromágneses mezõn halad át, amely növeli az energiát a mezõn keresztüli minden haladáson. Ez a kinetikus energiában fellépő ütés azt jelenti, hogy a sugár egy mágneses mezőn áthaladva egy kissé szélesebb körön mozog, újabb ütközést kapva, és így tovább, amíg el nem éri a kívánt energiaszintet.
A szinkrotronhoz vezető javulás az, hogy állandó mezők használata helyett a szinkrotron olyan mezőt alkalmaz, amely idővel változik. Amint a nyaláb energiát nyer, a mező ennek megfelelően beállít, hogy tartsa a fényt a sugárt tartalmazó cső közepén. Ez lehetővé teszi a fénysugár nagyobb mértékű irányítását, és az eszköz úgy is felépíthető, hogy nagyobb energiát növeljen egy ciklus alatt.
A szinkrotron konstrukció egyik speciális típusát tárológyűrűnek nevezzük, amely szinkrotron, amelynek kizárólagos célja az, hogy a sugárban állandó energiaszintet tartson fenn. Számos részecskegyorsító a fő gyorsítószerkezetet használja a fénysugár felgyorsításához a kívánt energiaszintre vigyük át a karbantartandó tárológyűrűbe, amíg össze nem ütközhet egy másik, az ellenkező irányban mozgó gerendával irány. Ez ténylegesen megkétszerezi az ütközés energiáját anélkül, hogy két teljes gyorsítót kellene építenie, hogy két különböző sugarat kapjon a teljes energiaszintre.
Főbb szinkrotronok
A Cosmotron egy proton szinkrotron volt, amelyet a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban építettek. 1948-ban üzembe vették, és teljes erővel 1953-ban érte el. Abban az időben ez volt a legerősebb eszköz, amelyet építettek, körülbelül 3,3 GeV energiát érnek el, és 1968-ig működött.
Az építkezés a Bevatronon a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumban 1950-ben kezdődött és 1954-ben fejeződött be. 1955-ben a Bevatron segítségével felfedezték az antiprotont - ez egy olyan eredmény, amely az 1959. évi Nobel-fizika díjat nyerte el. (Érdekes történelmi megjegyzés: Bevatraonnak hívták, mert megközelítőleg 6,4 BeV energiát ért el, "milliárd elektronok".) SI egységekazonban a giga előtagot elfogadták erre a skálára, tehát a jelölés GeV-re változott.)
A Fervalabban a Tevatron részecskegyorsító szinkrotron volt. A protonok és az antiprotonok kinetikus energiaszintre kissé kevesebb, mint 1 TeV-ig történő gyorsítására képes volt, a világ legerősebb részecskegyorsítója 2008-ig, amikor meghaladta a Nagy hadron ütköző. A Large Hadron Collider 27 km-es főgyorsítója szintén szinkrotron és jelenlegi képes sugáronként körülbelül 7 TeV gyorsulási energiát elérni, ami 14 TeV-t eredményez ütközések.