Hogyan működik a szinkrotron?

Így épül fel a szinkrotron

• A szinkrotron elvileg kör alakú ill. Gyűrűs gyorsító. A gyorsítandó részecskék (például elektronok vagy protonok) számtalan előre meghatározott körúton haladnak keresztül Férfi - ellentétben egy lineáris gyorsítóval vagy egy betatronnal, amelyben a körút a gyorsulás növekedésével változik nagyított.
• A részecskéket rögzített körúton vezetik mágneses mezők segítségével (kulcsszó: Lorentz -erő; lásd lejjebb).
• A részecskéket gyorsítják a nagyfrekvenciás mezők, amelyek szabályos időközönként helyezkednek el a körgyűrűben. Ezeknek a mezőknek a gyakorisága - amint azt a "szinkrotron" elnevezés is sugallja - a részecskék keringésével szinkronban növekszik. Egyszerűen fogalmazva, a részecskék pontosan illeszkedő nyomást kapnak a nagyfrekvenciás elektromos mezőtől.
instagram viewer
• A részecskék áramlását egy (kicsi) lineáris gyorsító gyorsítja fel, mielőtt vezérlőmágnesek segítségével a szinkrotrongyűrűbe táplálják. A gyorsulás általában ún. Részecskecsomagok.
• A szinkrotron használható a gyorsított részecskecsomagok tárolására és kísérletezésére, például a körgyűrű korábban meghatározott pontjain.


A Lorentz -erő hat a protonokra?

A Lorentz -erő a mágneses mezőn átrepülő töltött testekre ható erő. …

Egyensúly és rezonancia feltételek - ez így működik

De hogyan működik? Elvileg két határfeltétel vonatkozik a részecskék szinkrotronban történő gyorsulására:

• Annak érdekében, hogy a részecskék az R sugarú körúton maradjanak, a centripetális erőnek (köznyelvben centrifugális erőnek) a mágneses mezőben kell lennie az irányító Lorentz -erő minden pillanatában.
• A következők érvényesek: mv²/ R = Q_*v_*B m = részecskék tömege, v = részecskék sebessége, Q = részecskék töltése és B = mágneses fluxussűrűség.
• Természetesen a helyes gyorsulási időzítés csak akkor működik, ha az elektromos mező frekvenciája megegyezik a részecske csomag keringési frekvenciájával.
• Működés közben ezért mind a mágneses mező erősségének, mind a frekvenciának növekednie kell a gyorsulás során. Ez a folyamat elvégezhető előre programozott szekvenciákkal vagy korrekciós intézkedéseket elérni.
• Az elektronokat viszonylag gyorsan fel lehet gyorsítani szinte fénysebességre szinkrotronnal (vegye figyelembe a relativisztikus tömegnövekedést). A protonok sokkal több energiát érnek el, mint a GeV.
• Fontos szinkrotronrendszerek vannak a hamburgi DESY -n, a genfi ​​CERN -en és a berlini BESSY -n. És a FAIR a Darmstadt GSI -ben az új jövőbeli projekt, amelyet jelenleg építenek.

Mellesleg: az elektronok, amelyek így körkörös gyűrűre kényszerülnek, egy részüket leadják energia mint ún Szinkrotron sugárzás, a gyorsulástól függően nagyon nagy energiájú röntgensugárzás, amely számos vizsgálatra alkalmas. Ez az energiafogyasztó melléktermék tehát nagyon kívánatos.