Kuidas sünkrotron töötab?

Nii konstrueeritakse sünkrotron

• Põhimõtteliselt on sünkrotron ringikujuline resp. Helina kiirendi. Kiirendatavad osakesed (näiteks elektronid või prootonid) jooksevad läbi lugematu hulga ringikujulisi teid Isane - erinevalt lineaarsest kiirendist või betatronist, mille puhul ringjoon muutub kiireneva kiirendusega suurendatud.
• Osakesed juhitakse magnetväljade abil kindlale ringjoonele (märksõna: Lorentzi jõud; vt allpool).
• Osakesi kiirendavad kõrgsageduslikud väljad, mis paiknevad ümmarguses ringis korrapäraste ajavahemike järel. Nende väljade sagedust suurendatakse - nagu nimigi "sünkrotron" viitab - sünkroonselt osakeste ringlusega. Lihtsamalt öeldes annab osakestele täpselt sobiva tõuke kõrgsageduslik elektrivälja.
• Osakeste voogu kiirendab (väike) lineaarne kiirendi, enne kui see juhtmagnetite abil sünkrotronrõngasse juhitakse. Kiirendus toimub tavaliselt nn. Osakeste paketid.
  instagram viewer
• Kiirendatud osakeste pakettide salvestamiseks ja katsetamiseks võib kasutada sünkrotronit, näiteks ümmarguse rõnga eelnevalt määratletud punktides.


Kas Lorentzi jõud mõjub prootonitele?

Lorentzi jõud on jõud laetud kehadele, mis lendavad läbi magnetvälja. …

Tasakaal ja resonantstingimused - nii see toimib

Aga kuidas see toimib? Põhimõtteliselt kehtivad sünkrotronis osakeste eduka kiirendamise korral kaks piiritingimust:

• Selleks, et osakesed jääksid ringikujulisele raadiusele R, peab tsentripetaaljõud (kõnekeeles tsentrifugaaljõud) olema magnetväljas igal suunava Lorentzi jõu hetkel.
• Kehtib järgmine: mv²/ R = Q_*v_*B koos m = osakeste mass, v = osakeste kiirus, Q = osakeste laeng ja B = magnetvoo tihedus.
• Õige kiirenduse ajastamine toimib muidugi ainult siis, kui elektrivälja sagedus on võrdne osakeste paketi orbiidi sagedusega.
• Töötamise ajal peavad seega nii magnetvälja tugevus kui ka sagedus kiirenduse käigus suurenema. Seda protsessi saab läbi viia eelprogrammeeritud järjestustega või saavutada parandusmeetmeid.
• Elektroone saab sünkrotroniga suhteliselt kiiresti kiirendada peaaegu valguse kiiruseks (pange tähele relativistlikku massi suurenemist). Prootonid jõuavad energiatesse palju rohkem kui GeV.
• Hamburgi DESY -s, CERNis Genfis ja BESSY -s Berliinis on olulised sünkrotronisüsteemid. Ja FAIR Darmstadti GSI -s on uus tulevikuprojekt, mida praegu ehitatakse.

Muide: sel viisil ümmargusele rõngale surutud elektronid eraldavad osa neist energia nagu nn Sünkrotronkiirgus, väga suure energiaga röntgenikiirgus sõltuvalt kiirendusest, mis sobib paljudeks uuringuteks. See energiat tarbiv kõrvalsaadus on seega üsna soovitav.