ΕΝΑ συγχροτρόνιο είναι ένας σχεδιασμός ενός επιταχυντή κυκλικών σωματιδίων, στον οποίο μια δέσμη φορτισμένων σωματιδίων περνά επανειλημμένα μέσω ενός μαγνητικού πεδίου για να αποκτήσει ενέργεια σε κάθε διέλευση. Καθώς η δέσμη αποκτά ενέργεια, το πεδίο ρυθμίζεται ώστε να διατηρεί τον έλεγχο της διαδρομής της δέσμης καθώς κινείται γύρω από τον κυκλικό δακτύλιο. Η αρχή αναπτύχθηκε από τον Vladimir Veksler το 1944, με το πρώτο synchrotron ηλεκτρονίων που χτίστηκε το 1945 και το πρώτο πρωτόνιο Συγχρότρον που χτίστηκε το 1952.
Πώς λειτουργεί το Synchrotron
Το συγχροτρόν είναι μια βελτίωση στο κύκλοτρο, το οποίο σχεδιάστηκε τη δεκαετία του 1930. Στους κυκλοτροτρόν, η δέσμη των φορτισμένων σωματιδίων μετακινείται διαμέσου ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου που καθοδηγεί τη δέσμη σε μια ελικοειδή διαδρομή, και στη συνέχεια διέρχεται από ένα σταθερό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παρέχει μια αύξηση της ενέργειας σε κάθε διέλευση μέσω του πεδίου. Αυτό το χτύπημα στην κινητική ενέργεια σημαίνει ότι η δέσμη κινείται μέσα από έναν ελαφρώς ευρύτερο κύκλο στο πέρασμα μέσω του μαγνητικού πεδίου, παίρνει ένα άλλο χτύπημα, και ούτω καθεξής μέχρι να φτάσει τα επιθυμητά επίπεδα ενέργειας.
Η βελτίωση που οδηγεί στο synchrotron είναι ότι αντί να χρησιμοποιούν σταθερά πεδία, το synchrotron εφαρμόζει ένα πεδίο που αλλάζει με το χρόνο. Καθώς η δέσμη κερδίζει ενέργεια, το πεδίο ρυθμίζεται αναλόγως ώστε να συγκρατεί τη δέσμη στο κέντρο του σωλήνα που περιέχει τη δέσμη. Αυτό επιτρέπει μεγαλύτερους βαθμούς ελέγχου πάνω στη δοκό και η συσκευή μπορεί να κατασκευαστεί για να παρέχει περισσότερες αυξήσεις ενέργειας καθ 'όλη τη διάρκεια ενός κύκλου.
Ένας συγκεκριμένος τύπος σχεδιασμού synchrotron ονομάζεται δακτύλιο αποθήκευσης, το οποίο είναι ένα synchrotron που έχει σχεδιαστεί με μοναδικό σκοπό τη διατήρηση ενός σταθερού ενεργειακού επιπέδου σε μια δέσμη. Πολλοί επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούν τη δομή του κύριου επιταχυντή για να επιταχύνουν τη δέσμη μέχρι το επιθυμητό επίπεδο ενέργειας μεταφέρετέ το στον δακτύλιο αποθήκευσης για να διατηρηθεί μέχρι να μπορέσει να συγκρουστεί με μια άλλη δέσμη που κινείται προς τα αντίθετα κατεύθυνση. Αυτό διπλασιάζει αποτελεσματικά την ενέργεια της σύγκρουσης χωρίς να χρειαστεί να χτίσετε δύο πλήρεις επιταχυντές για να φτάσετε δύο διαφορετικές δέσμες μέχρι το πλήρες επίπεδο ενέργειας.
Σημαντικά συγχρονισμένα
Το Cosmotron ήταν ένα σύντοτρον πρωτονίων που χτίστηκε στο Εθνικό Εργαστήριο του Brookhaven. Ανατέθηκε το 1948 και έφτασε σε πλήρη ισχύ το 1953. Εκείνη την εποχή, ήταν η πιο ισχυρή συσκευή που χτίστηκε για να φτάσει σε ενέργεια περίπου 3.3 GeV και παρέμεινε σε λειτουργία μέχρι το 1968.
Η κατασκευή του Bevatron στο Εθνικό Εργαστήριο του Lawrence Berkeley ξεκίνησε το 1950 και ολοκληρώθηκε το 1954. Το 1955, το Bevatron χρησιμοποιήθηκε για να ανακαλύψει το αντιπρωτόνιο, ένα επίτευγμα που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1959. (Ενδιαφέρουσα ιστορική σημείωση: Ονομάστηκε Bevatraon επειδή πέτυχε ενέργεια περίπου 6,4 BeV, για "δισεκατομμύρια ηλεκτροφόρια". Με την υιοθέτηση Μονάδες SI, ωστόσο, το πρόθεμα giga- υιοθετήθηκε για αυτήν την κλίμακα, οπότε η σημείωση άλλαξε σε GeV.)
Ο επιταχυντής σωματιδίων Tevatron στο Fermilab ήταν ένα συγχρότρον. Είναι ικανός να επιταχύνει τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια σε επίπεδα κινητικής ενέργειας ελαφρώς μικρότερα από 1 TeV, ήταν ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο μέχρι το 2008, όταν ξεπεράστηκε από το Μεγάλος Μετρητής Αδρονίων. Ο κύριος επιταχυντής μήκους 27 χιλιομέτρων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων είναι συγχρονισμένος και τρέχων ικανή να επιτύχει ενέργειες επιτάχυνσης περίπου 7 TeV ανά δέσμη, καταλήγοντας σε 14 TeV συγκρούσεις.