Τι είναι ένα Κύκλωρτρον;

Η ιστορία του σωματιδίων είναι μια ιστορία που επιδιώκει να βρει όλο και μικρότερα κομμάτια ύλης. Καθώς οι επιστήμονες βυθίστηκαν βαθιά στο μακιγιάζ του ατόμου, χρειάστηκαν να βρουν έναν τρόπο να το χωρίσουν για να δουν τα δομικά στοιχεία του. Αυτά ονομάζονται "στοιχειώδη σωματίδια". Απαιτεί μεγάλη ενέργεια για να τα χωρίσει. Επίσης σήμαινε ότι οι επιστήμονες έπρεπε να βρουν νέες τεχνολογίες για να κάνουν αυτό το έργο.

Γι 'αυτό, επινόησαν το cyclotron, ένα είδος επιταχυντή σωματιδίων που χρησιμοποιεί ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο για να συγκρατεί τα φορτισμένα σωματίδια καθώς κινούνται ταχύτερα και πιο γρήγορα σε ένα κυκλικό σπειροειδές σχέδιο. Τελικά, έπληξαν έναν στόχο, ο οποίος έχει σαν αποτέλεσμα δευτερογενή σωματίδια για φυσικούς να μελετήσουν. Τα κυκλοτρόνια χρησιμοποιούνται εδώ και δεκαετίες σε πειράματα φυσικής υψηλής ενέργειας και είναι επίσης χρήσιμα σε ιατρικές θεραπείες για καρκίνο και άλλες καταστάσεις.

Το πρώτο cyclotron χτίστηκε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Berkeley, το 1932, από τον Ernest Lawrence σε συνεργασία με τον φοιτητή Μ. Stanley Livingston. Τοποθετούσαν μεγάλους ηλεκτρομαγνήτες σε έναν κύκλο και έπειτα επινόησαν έναν τρόπο να πυροβολήσουν τα σωματίδια μέσω του κυκλοτρονίου για να τα επιταχύνουν. Αυτό το έργο κέρδισε το Lawrence το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1939. Πριν από αυτό, ο κύριος επιταχυντής σωματιδίων κατά τη χρήση ήταν ένας επιταχυντής γραμμικών σωματιδίων,

Από το έργο του Lawrence για το cyclotron, αυτές οι μονάδες δοκιμής έχουν κατασκευαστεί σε όλο τον κόσμο. Το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ έχτισε πολλά από αυτά για το εργαστήριο ακτινοβολίας του και το πρώτο ευρωπαϊκό ίδρυμα δημιουργήθηκε στο Λένινγκραντ στη Ρωσία στο Ινστιτούτο Radium. Ένα άλλο χτίστηκε κατά τα πρώτα χρόνια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου στη Χαϊδελβέργη.

Το cyclotron ήταν μια μεγάλη βελτίωση σε σχέση με το linac. Σε αντίθεση με το σχέδιο linac, που απαιτούσε μια σειρά από μαγνήτες και μαγνητικά πεδία για την επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων σε ευθεία γραμμή, το όφελος της εγκυκλίου ο σχεδιασμός ήταν ότι το ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων θα συνέχιζε να διέρχεται από το ίδιο μαγνητικό πεδίο που δημιουργούσε ξανά και ξανά οι μαγνήτες, κερδίζοντας λίγο ενέργεια κάθε φορά που το έκανε Έτσι. Καθώς τα σωματίδια κέρδισαν ενέργεια, θα έκαναν μεγαλύτερο και μεγαλύτερο βρόχο γύρω από το εσωτερικό του κυκλοτρονίου, συνεχίζοντας να κερδίζουν περισσότερη ενέργεια με κάθε βρόχο. Τελικά, ο βρόχος θα ήταν τόσο μεγάλος που η δέσμη ηλεκτρόνων υψηλής ενέργειας θα περάσει από το παράθυρο, οπότε θα εισέλθουν στο θάλαμο βομβαρδισμού για μελέτη. Στην ουσία, συγκρούστηκαν με ένα πιάτο και τα διάσπαρτα σωματίδια γύρω από το θάλαμο.

Το cyclotron ήταν ο πρώτος από τους επιταχυντές κυκλικών σωματιδίων και παρείχε έναν πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο για την επιτάχυνση των σωματιδίων για περαιτέρω μελέτη.

Σήμερα, οι κυκλοτρόνια εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε ορισμένους τομείς της ιατρικής έρευνας και ποικίλλουν σε μέγεθος από περίπου τα επιτραπέζια σχέδια μέχρι το μέγεθος των κτιρίων και τα μεγαλύτερα. Ένας άλλος τύπος είναι ο συγχροτρόνιο επιταχυντή, σχεδιασμένο τη δεκαετία του 1950, και είναι πιο ισχυρό. Τα μεγαλύτερα cyclotrons είναι τα TRIUMF 500 MeV κυκλώτρον, η οποία εξακολουθεί να λειτουργεί στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας στο Βανκούβερ, Βρετανική Κολούμπια, στον Καναδά, και στο Cyclotron του Υπεραγώγιμου Δακτυλίου στο εργαστήριο Riken της Ιαπωνίας. Είναι 19 μέτρα απέναντι. Οι επιστήμονες τις χρησιμοποιούν για να μελετήσουν τις ιδιότητες των σωματιδίων, κάτι που ονομάζεται συμπυκνωμένη ύλη (όπου τα σωματίδια κολλούν μεταξύ τους.

Τα πιο σύγχρονα σχέδια επιταχυντή σωματιδίων, όπως εκείνα που υπάρχουν στο Large Hadron Collider, μπορούν να ξεπεράσουν πολύ αυτό το επίπεδο ενέργειας. Αυτοί οι λεγόμενοι "ανιχνευτές ατόμων" έχουν κατασκευαστεί για να επιταχύνουν τα σωματίδια πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός, καθώς οι φυσικοί αναζητούν ολοένα και μικρότερα κομμάτια ύλης. Η αναζήτηση του Higgs Boson αποτελεί μέρος του έργου του LHC στην Ελβετία. Άλλοι επιταχυντές υπάρχουν στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven στη Νέα Υόρκη, στο Fermilab στο Ιλλινόις, στο KEKB στην Ιαπωνία και σε άλλους. Αυτές είναι εξαιρετικά ακριβές και σύνθετες εκδόσεις του κυκλοτρονίου, όλες αφιερωμένες στην κατανόηση των σωματιδίων που συνθέτουν το θέμα στο σύμπαν.