Cyklotron vs Synchrotron | Akcelerator synchrotronowy vs akcelerator cyklotronowy
Cyklotron i synchrotron to dwa rodzaje akceleratorów cząstek. Akceleratory cząstek są bardzo użytecznymi maszynami w dziedzinie fizyki jądrowej. Wysokoenergetyczne zderzenia cząstek subatomowych dają bardzo dobre obserwacje natury jądra. Od osoby, która studiuje taką dziedzinę, wymagana jest gruntowna znajomość akceleratorów synchrotronowych i cyklotronów. W tym artykule omówimy, czym są akceleratory cyklotronów i synchrotronów, zasady, na których bazują te maszyny, ich podobieństwa, zastosowania i wreszcie różnice między akceleratorami cyklotronowymi a akceleratorami synchrotronowymi.
Co to jest akcelerator synchrotronów?
Akcelerator synchrotronowy to rodzaj akceleratora cząstek. Najpierw należy zrozumieć koncepcję akceleratora cząstek, aby dokładnie zrozumieć akcelerator synchrotronowy. Kiedy naładowana cząstka zostaje wyrzucona w pole magnetyczne, porusza się po torze kołowym. Akceleratory cząstek są używane do badania natury atomów i cząstek subatomowych poprzez dokonywanie zderzeń takich cząstek z dużą prędkością oraz badanie samego zderzenia i produktów zderzenia. W większości przypadków do przyspieszania cząstek stosuje się pole magnetyczne. Praktyczną metodą uzyskiwania zderzeń z dużą prędkością jest użycie dwóch wiązek cząstek obracających się w przeciwnych kierunkach. Dzięki tej metodzie łatwo jest uzyskać zderzenia z dużą prędkością, przy prędkościach względnych sięgających 99% prędkości światła. Jednak,teoria względności stwierdza, że nie mogą istnieć prędkości względne większe niż prędkość światła. Dlatego nawet do przyspieszenia wiązki cząstek do dużej prędkości potrzebna jest ogromna ilość energii. Akcelerator synchrotronowy wykorzystuje zmienne pole magnetyczne i zmienne pole elektryczne, które utrzymuje wiązkę cząstek na właściwej ścieżce kołowej, gdy energia wzrasta. Akcelerator cząstek zbudowany jest z torusa, który ma możliwość zmiany natężenia pól elektrycznych i magnetycznych wewnątrz torusa. Ścieżka wiązki cząstek to ścieżka okrężna otoczona torusem. Koncepcję akceleratora synchrotronów opracował Sir Marcus Oliphant. Vladimir Veksler był pierwszą osobą, która opublikowała artykuł naukowy o akceleratorach synchrotronów, a pierwszy elektronowy akcelerator synchrotronowy skonstruował Edwin McMillan.
Co to jest akcelerator Cyclotron?
Akcelerator cyklotronowy to także akcelerator cząstek, który jest najczęściej używany w małych projektach. Cyklotron to okrągła komora próżniowa, w której przyspieszenie cząstek zaczyna się w środku. Cząsteczki poruszają się po spirali, gdy są przyspieszane. Cyklotron wykorzystuje stałe pole magnetyczne i pole elektryczne o stałej częstotliwości do przyspieszania cząstek.
Jaka jest różnica między akceleratorami cyklotronowymi i synchrotronowymi?
• Cyklotron wykorzystuje stałe pole magnetyczne i pole elektryczne o stałej częstotliwości, ale synchrotron wykorzystuje zmienne pola elektryczne i magnetyczne.
• Synchrotron jest wykonany z rury w kształcie torusa, natomiast cyklotron z komory cylindrycznej lub kulistej.
• Tryb synchrotronowy jest używany w większości projektów na dużą skalę, takich jak duży zderzacz hadronów (LHC) w CERN, ale cyklotron jest używany głównie w projektach na małą skalę.
