Ako funguje synchrotron?

Takto je konštruovaný synchrotrón

• Synchrotrón je v zásade kruhový resp. Prstencový urýchľovač. Častice, ktoré sa majú urýchliť (napríklad elektróny alebo protóny) prechádzajú nespočetnými vopred určenými kruhovými dráhami Muž - na rozdiel od lineárneho urýchľovača alebo betatronu, v ktorom sa kruhová dráha mení so zvyšujúcim sa zrýchlením zväčšené.
• Častice sú vedené po pevnej kruhovej dráhe pomocou magnetických polí (kľúčové slovo: Lorentzova sila; Pozri nižšie).
• Častice sú urýchľované vysokofrekvenčnými poľami, ktoré sú umiestnené v pravidelných intervaloch v kruhovom prstenci. Frekvencia týchto polí sa - ako naznačuje názov „synchrotrón“ - zvyšuje synchrónne s cirkuláciou častíc. Zjednodušene povedané, častice dostávajú presne zodpovedajúci tlak z elektrického poľa vysokej frekvencie.
instagram viewer
• Tok častíc je vopred urýchlený (malým) lineárnym urýchľovačom a potom je pomocou riadiacich magnetov privádzaný do synchrotrónového prstenca. Zrýchlenie spravidla prebieha v tzv. Balíky častíc.
• Synchrotron sa môže použiť na ukladanie a experimentovanie s paketmi zrýchlených častíc, napríklad vo vopred definovaných bodoch kruhového prstenca.


Pôsobí Lorentzova sila na protóny?

Lorentzova sila je sila pôsobiaca na nabité telesá, ktoré letia magnetickým poľom. …

Rovnovážne a rezonančné podmienky - takto to funguje

Ako to však funguje? Na úspešné zrýchlenie častíc v synchrotróne v zásade platia dve okrajové podmienky:

• Aby sa častice udržali na kruhovej dráhe s polomerom R, dostredivá sila (v hovorovom jazyku nazývaná odstredivá sila) musí byť v magnetickom poli v každom okamihu smerujúcej Lorentzovej sily.
• Platí nasledovné: mv²/ R = Q_*v_*B s m = hmotnosť častíc, v = rýchlosť častíc, Q = náboj častíc a B = hustota magnetického toku.
• Správne načasovanie zrýchlenia samozrejme funguje iba vtedy, ak je frekvencia elektrického poľa rovnaká ako orbitálna frekvencia paketu častíc.
• Počas prevádzky sa teda musí v priebehu zrýchľovania zvyšovať sila magnetického poľa aj frekvencia. Tento proces je možné vykonať s predprogramovanými sekvenciami alebo dosiahnuť nápravné opatrenie.
• Elektróny je možné synchrotrónom pomerne rýchlo zrýchliť na takmer rýchlosť svetla (všimnite si relativistický nárast hmotnosti). Protóny dosahujú energie oveľa viac ako GeV.
• V DESY v Hamburgu, v CERN v Ženeve a BESSY v Berlíne existujú dôležité synchrotrónové systémy. A FAIR v Darmstadte GSI je nový budúci projekt, ktorý sa v súčasnosti buduje.

Mimochodom: elektróny, ktoré sú týmto spôsobom nanútené na kruhový kruh, niektoré z nich vydávajú energie ako tzv Synchrotrónové žiarenie, röntgenové žiarenie s veľmi vysokou energiou, v závislosti od zrýchlenia, ktoré je vhodné na mnohé vyšetrenia. Tento energeticky náročný vedľajší produkt je preto celkom žiaduci.