د تورن ذراتو خطي accelerators. لکه څنګه چې د ذراتو accelerators کار. ولې د ذراتو accelerators؟

د تورن ذراتو ګړندي - هغه آله پکې د برقي تورن اټومي یا د کوانتم د ذراتو په نږدې سرعت سفر یو لازیاد. د خپل کار بنسټ اړينه ده د خپل د زياتوالي له خوا د برق په برخه کې د انرژۍ او د کرښې د بدلون - مقناطیسي.

د ذراتو accelerators څه دي؟

دغه توکي په پراخه کچه د علم او صنعت په بېلابېلو برخو کې کارول کيږي. تر اوسه پورې، په نړۍ کې شته څخه زيات 30 زره دي. د تورن د ذراتو accelerators د فزیک د اتومونه د جوړښت، د اټومي ځواکونو او د اټومي مال، چې په طبيعي توګه نه واقع کيږي په ماهیت کې د لومړنیو څیړنو وسيلې په توګه خدمت وکړي. وروستنۍ شامل transuranic او نورو بې ثباته عناصر دي.

د رخصتیدو تيوب بدل امکان د مخصوصو تور معلوم کړي. په تور د ذراتو accelerators هم په د Radioisotopes د تولید لپاره کارول، په صنعتي رافي، شعاع مو، د بيولوژيکي موادو تعقیم، او radiocarbon تحلیل. د لوی واحدونو کې د اساسي تعامل د مطالعې لپاره کارول کیږی.

سره د ګړندي درناوي په نورو د تور د ذراتو د ژوند په پرتله د ذراتو چې د نږدې سرعت چټک کوچني د رڼا سرعت. دا د وخت د مرکزونو د نسبتا کمه اندازه خبره تاييد کړه. د مثال په توګه، په سرن کې د muon 0،9994c سرعت 29 ځله د عمر د زياتوالي ترلاسه شوي دي.

دا ماده په هغه څه چې د دننه او د کار د ذراتو ګړندي، د هغې د پراختیا، د مختلفو ډولونو او بیلابیلو بڼې ښکاري.

ګړندی اصول

د تورن د ذراتو accelerators څه ډول تاسو پوه پرته، دوی ټولو کې ګډ عناصر لري. لومړی، دا باید د یو تلویزیون انځور ټیوب یا الکترون، پروتونه او د لويو تاسیساتو په صورت کې د خپلو antiparticles په صورت کې د الکترون يوه سرچينه لري. سربیره پر دې، دوی باید د ټولو برقي برخو ته د ذراتو او مقناطیسي برخو کې چټک خپلو کرښه کنترول لري. برسېره پر دې، په تور د ذراتو ګړندي د خلا (10 ^-11 mm Hg. V.)، M. E. يو لږ تر لږه د یوه تړون د هوا اندازه، اړتيا ده چې د اوږد ژوند وخت بیمونه ډاډمن کړي. په پای کې، د ټولو تاسیساتو بايد د نوم ليکنې د وسايلو، د چټک ذراتو د شمېرنې او اندازه لري.

نسل

الکترون او پروتونه یې، چې په ډیره عادی توګه په accelerators کارول، په ټول مواد موندل شوي دي، خو لومړی باید د دوی له هغوی څخه ټاکي. په هغه آله چې د يوې "ټوپک" نومیږی - الکترون په خاصه توګه په لکه څنګه چې په انځور ټیوب ورته لاره تولید شوي دي. دا په تشه، چې د ده د دولت له تاوده چې الکترون پیل له اتومونه ته راغلي یو کتوډ (منفي الکترود). منفي تورن ذراتو د anode (مثبت الکترود) جذب شوي دي او د رسنۍ له لارې تېر شو. د ټوپک په خپله دی د ګړندي توګه ساده ځکه چې د الکترون د برقي ساحه کې د نفوذ لاندې روان دي. د کتوډ او anode، په خاصه توګه په لړ 50-150 واټه تر منځ د ولتاژ.

څخه په ټولو موادو الکترون پرته پروتونه یې لري، خو یوازې د یو واحد د Proton هسته هايدروجن اتومونه جوړ. له همدې امله، د پروتون accelerators د ذراتو سرچينه ده هايدروجن ګاز. په دې صورت کې د ګازو د ده ionized او پروتونه سوري له لارې کې موقعيت لري. په لوی accelerators پروتونه زياتره د منفي هایدروجن يون په بڼه جوړه کړه. دوی له اتومونه چې د یو diatomic ګاز ionization د محصول د اضافي الکټرون استازيتوب وکړي. څرنګه چې د کار په آسانه د لومړنیو پړاوونو کې د منفي تورن هایدروجن يون. بيا يې يوه نرۍ زرورق، چې د ګړندی وروستي پړاو مخکې د الکترون يې بې برخې څخه تېر شو.

ګړندی

لکه څنګه چې د ذراتو accelerators کار؟ د هغوی ټولو د مهمو ځانګړتياوو څخه د برقي ساحه کې. ساده مثال په توګه - د مثبت او منفي برقي ظرفیت تر منځ د یونیفورم د ثابتو برخه کې، چې ورته کوم چې د بریښنا د بیټرۍ د ترمينل تر منځ موجود دی. دا الکټرون برخه کې منفي چارج سپاره دی بربنډ د یوه ځواک چې د يو مثبت بالقوه الرښوونه دا. دا accelerates دا، او که هغه څه چې په لارې کې، د هغه د سرعت او د برېښنا زیاتوالی به ولاړ وي. الکترون حرکت په سیم یا په هوا کې د مثبت بالقوه په لور، او ټکر سره اتومونه د انرژۍ له لاسه ورکړي، خو که دوی په vacuo کې موقعيت لري، نو چټکه توګه د دوی د anode مراجعه وکړي.

د الکټرون تعریف د پیل او پای مقام ترمنځ يې د انرژۍ د پیرودل. د 1 v د یوه بالقوه توپير له لارې حرکت کله برابر دی 1 الکټرون-ولټو په (اي وي). دا معادل 1،6 × 10 ^-19 joule. د الوتلو تریلیون ځله زیات د غوماشو د انرژۍ. په kinescope الکترون دي چټک ولتاژ څخه 10 کیلو واټه زیات. زياتره accelerators ډېره لوړه انرژی اندازه اوژن، giga او تيرا-الکټرون-ولته ته ورسيږي.

ډولونه

د ذراتو accelerators، لکه د ژر ډوله ولتاژ ګوني او د جنراتور van de پيترګراف جنراتور، يو ثابت برقي ډګر تولید تر یو میلیون ولته د ظرفیت له خوا د کارولو. سره لکه د لوړ ولټاژ کار آسانه. يو زيات عملي بدیل دی د بریښنا د کمزوري برخو کې ټیټ ظرفیت تولید د پرله پسې عمل دی. خطي او راڅرګندېدل (عمدتا cyclotrons او synchrotrons) - دغه اصل کې د عصري accelerators دوه ډوله کارول. خطي ذراتو accelerators، په لنډ، دوی یو ځل د ګړنديتوب برخو کې په ترتیب له لارې تصويب، په داسې حال کې د cyclically څو ځلې د دوی په دايروي لاره نسبتا کوچنۍ برقي ډګر له لارې حرکت. په دواړو حالتونو کې، د ذراتو وروستۍ پر انرژۍ کې د عمل د ټولو په برخه پورې تړاو لري، له دې امله چې د ډیرو وړو "خنډونو" په ګډه زياته کړه چې د یو واحد لوی ګډ اغېز ورکړي.

د خطي ګړندي پوستر جوړښت سره په برقي برخو کې د تولید په یوه طبیعي لاره ده چې د AC، نه ډي وکاروي. د مثبت په تور د ذراتو د منفي احتمالي چټک شوي دي او د یو نوی خوزښت تر لاسه کړي، که پاس مثبت. په عمل کې، د ولتاژ باید ډېر ژر بدل شي. د مثال په توګه، په په ډېر لوړ سرعت د 1 MeV پروتون حرکت د انرژۍ د 0،46 رڼا سرعت دی، د تيريدو 1.4 متر د 0.01 آغلې. دا په دې مانا چې د يو څو متره اوږد تکراری په جوړښت کې، د بریښنا برخې باید لوري په يو لږ تر لږه د 100 ميګاهيرتزه فریکونسۍ کې بدلون راولي. خطي او راڅرګندېدل accelerators ذراتو معمولا سره د متناوب برقي ساحه کې د فریکونسي څخه 100 ميګاهيرتزه تر 3000 يې خواره، T. E. په microwaves د راډيويي امواج د لړ.

د الکترومقناطيسي څپې ده د oscillating برقي او مقناطیسي برخو کې په يو بل ته د حق کونجونه oscillating یو ترکیب. د مهم ټکی دا دی چې د ګړندي څپې عیار چې د ذراتو د راتګ په برقي ساحه ده سره په چټکه ناقل سره سم متوجه. د څپو یوه تړلې فضا، په پایپ ارګان د غږ د څپو په مخالف د لارښوونو سفر ترکیب - دا کار د يو ولاړ څپې په کارولو سره ترسره شي. لپاره په چټکۍ سره الکترون چا velocities د رڼا، یو ګرځنده څپو سرعت رسيدو سره حرکت د یو بدیل په پورتني.

autophasing

په یوه د متناوب برقي ساحه کې د چټکه مهم اثر د "پړاو ثبات" ده. په يوه oscillation دوران د متناوب ډګر د زيات ارزښت څخه بېرته صفر ته له لارې د صفر څخه تېرېږي، چې د لږ تر لږه کموي او صفر ته واړوله. په دې ډول، دا د ارزښت لپاره چټکه اړتيا له لارې دوه ځله تېرېږي. که يو د ذراتو د چا ولاسټي زياتوالي، ډېر وختي راځي، چې دا کار به نه د پوره قوت د پټی، او د فشار به کمزوری وي. کله چې دا د بل په سيمه کې، د دې ازموينې د وروستيو او زیات اغیز ته رسیږي. په پایله کې، د ځان وړل کيږي، د ذراتو سره به په ګړنديتوب په سیمه کې د هرې برخې لپاره په پړاو کې وي. یوه بله اغیزه په وخت د ګروپ يې د يوه دوامداره جریان پرځای یو بوټۍ جوړوي.

د لازیاد استقامت

په څه ډول د هغه کارونه او د ذراتو ګړندي، او مقناطیسي برخو کې لوبوي، لکه څنګه چې کولای شي د هغوی د تګ راتګ د لارښوونې بدلون مهم رول لري. دا په دې مانا چې دوی کولای شي د يو متحدالمال لاره د لازیاد "قاتيدلو" وکارول شي، نو دوی په وار وار ورته ګړنديتوب کړی لارې وفات شو. په ساده صورت کې، په یوه تور د ذراتو په يوه زاويه حرکت ته د متجانس مقناطیسي ساحه کې د لارښوونې، عمودي، ترڅو د خپلو غورځنګ دواړه يو ځواک ناقل، او په ډګر کې. دغه کار ددی سبب لازیاد ته عمودي ته په برخه کې په يو متحدالمال لاره کې حرکت کوي، تر هغه راځي چې د عمل او يا نورو ځواک خپل ډګر څخه پیل کیږي چې په دا عمل وکړي. دا اثر په راڅرګندېدل accelerators کارول لکه د synchrotron او cyclotron. په یوه cyclotron، د پرله پسې برخه کې يې په يو لوی مقناطيس تولید دی. سره د هغوی د انرژۍ د زياتوالي ذراتو حرکت spirally طاهرآ د چټک سره د هر انقلاب. د synchrotron لخته د حلقوي په شاوخوا کې سره يو ثابت وړانګې ته حرکت کوي، او په ډګر کې تولید د حلقوي د زياتوالي په توګه د ذرو په شاوخوا کې د electromagnets له خوا دي چټک. د ګرځي او د برابرولو "قاتيدلو"، سره په یوه horseshoe بڼه په شمال او جنوب پايې، شاخي په dipoles استازيتوب کوي څو د لازیاد کولای therebetween تېر شو.

د electromagnets د مهم دوهمه دنده ده چې د بیمونه تمرکز دي، څو هغوی دومره تنګ او د امکان تر سختو. د تمرکز مقناطيس ساده فورمه - سره څلور پايې (دوه د شمال او جنوب د دوو) مخالف یو بل کې موقعيت لري. دوی په یوه لوري مرکز ته د ذرو په فشار، خو اجازه يې په عمودي وویشل شي. Quadrupole ګرځي او د لازیاد په افقي تمرکز، اجازه هغه ته په عمودي د تمرکز بهر ځي. د دې وکړي، نو په جوړه باید وکارول شي. د يو زيات دقيق تمرکز هم زیات عصري ګرځي او سره د پايې (6 او 8) د يو زيات شمېر کارول.

څرنګه چې د ذراتو د زياتوالي د انرژۍ، د مقناطیسي ساحه کې د قوت، د هغوی د زياتوالي راګرزوي. دا ساتي په همدې تدبيره لازیاد. د چکه ته د حلقوي معرفي دی او چټک يوه مطلوبه انرژۍ مخکې دا وتلو کولای شي او په تجربې کارول. افترا ده ترلاسه له خوا electromagnets چې هم فعاليت کوي چې د synchrotron حلقوي څخه د ذرو په پرمخ بوځي.

د ټکر

په تور د ذراتو accelerators کې د درملو او د صنعت کارول، په عمده توګه د يو ځانګړي هدف لپاره د بيم، د ساري په، شعاع یا آيون د غرس توليدوي. دا په دې مانا چې د ذراتو ځل کارول. همدغه ریښتیني د accelerators د ډیرو کلونو لپاره په اساسي څېړنې کارول وو. خو د کړيو په 1970 کال کې رامنځته شوي، چې د دوو بیمونه په مخالف د لارښوونو دوران او د مدار په شاوخوا کې ټکر. د دغه ډول سيسټمونو اصلي ګټه داده چې د ذراتو جبهه يي ټکر د انرژۍ په مستقيمه توګه د هغوی تر منځ د متقابل عمل د انرژۍ ته ځي. دا توپير سره کله چې د لازیاد سره د قرطاسيې انځورونه ترافيکي، په کوم صورت کې د انرژۍ تر ټولو، په سره د خوځښت د ساتنې د اصولو سره سم په خوځښت کې د هدف موادو د کمښت ځي چې څه کيږي.

سره colliding بیمونه ځينې ماشينونه سره دوه کړۍ_ګانې جوړې شوي دي، په دوه یا زیات ځایونه وګالي، په کوم کې چې په مخالف د لارښوونو د همدې ډول د ذرو وېشل،. نور عام collider ذراتو-antiparticle. Antiparticle د تړاو ذراتو مخالف په غاړه لري. د مثال په توګه، د positron، ده مثبت تورن، او د الکترون - منفي. دا په دې مانا چې د پټی چې د الکټرون accelerates، د positron پڅوي، حرکت په همدې لوري. خو که په مخالف لوري د وروستنۍ او حرکت کوي، دا به ګړندۍ کړي. په همدې ډول، د يو الکټرون حرکت د چپ یو مقناطیسي ساحه کې به کږه، او د positron له لارې - د حق. خو که د positron پرمخ تللی دی، نو د هغه لاره به چې د حق بې لارې په توګه د الکټرون چې ورته کږه دوام ورکړي، خو. خو، دا په دې مانا چې د ذراتو کولای شي د synchrotron ورته ګرځي او د حلقوي له لارې حرکت چټک او په مخالف د لارښوونو ورته برقي برخو له خوا. په دې اصل زياتره پياوړي colliders colliding بیمونه جوړ، T. د. د یوازې یو حلقوي ګړندي کونکي ته اړتیا لري.

په synchrotron بيم ده په دوامداره توګه نه ځي او په کې مدغم "ټوټی." دوي کولاي شي په اوږدوالي د څو سانتي متره او په قطر یو millimeter یو لسمه، او په اړه ^{12 اکتوبر} ذراتو جوړي. دا لږ تراکم، ځکه چې د دا ډول موادو د اندازې په اړه ^{د اکتوبر 23} اتومونه لري. له همدې امله، کله چې د يو colliding بیمونه څخه تېرېږي، هلته یوازې یوه کوچنۍ احتمال چې د ذراتو به له يو بل سره غبرګون دی. په عمل کې لخته ته د حلقوي ګرځي راګرځي او بیا سره وګوري ته دوام ورکړي. لپاره د دې چې د ذرو په کولای شي پرته له هوايي مالیکولونو مغزو د څو ساعتونو لپاره دوران کې د تورن د ذراتو (V. 10 ^-11 mm Hg.) د ګړندي عالي خلا ته اړتيا ده. له همدې امله، د حلقوي هم د مجموعي په نامه، ځکه بیمونه په حقيقت کې د څو ساعتونو لپاره هميشه ساتل.

د ثبت

په اکثریت په تور د ذراتو accelerators ثبت شي وخت پېښېږي کله چې د ذراتو د هدف او یا د نورو لازیاد وشوه، حرکت په مخالف لوري. په يوه ټلويزيوني انځور تيوب، د ټوپک له الکترون د فاسفور په پرده د داخلي سطحه باندې بمبارۍ او په رڼا کې، چې د دې توګه د خپرېږي انځور سره سمبالوي خپروي. په accelerators لکه تخصصي کې سپيانو ته تيت ذراتو غبرګون، خو هغوی معمولا طرحه برقي سيګنالونه چې کولای شي د کمپيوټر د معلوماتو بدلې او تحلیل د کمپيوټر د پروګرامونو په کارولو سره جوړ کړي. یوازې په تور عناصر برقي سيګنالونه له خوا ionization یا د اتومونه excitation د موادو له لارې د تيريدو، د مثال په توګه د تولید، او کوالی شي په مستقيمه توګه کشف شي. د بې طرفه ذراتو لکه neutrons یا photons کولای شي د تورن ذراتو چې دوی په خوځښت کې دي د سلوک له لارې په غير مستقيم ډول کشف شي.

ډیر تخصصي سپيانو ته شتون لري. د هغوی یو شمېر، لکه د Geiger د مبارزې، د يوه د ذراتو د شمېرنې، او نور استعمال، د ساري په، لپاره د ثبت پټلۍ او یا د انرژۍ ولاسټي اندازه. د اندازې او تکنالوژي عصري سپيانو، کولای څخه د ګازو د لویو-ډک خونې کوچنۍ تور دوه برابره وسیلو سره تارونه چې ionized پټلۍ له خوا تورن ذراتو توليديږي کشف توپير لري.

کیسه

په تور د ذراتو accelerators په عمده توګه د اټومي nuclei او elementary ذراتو د ملکیتونو زده کړو پراختيا. د برتانوي فزیک د پرانیستلو راهیسې Ernest ميکنزي په 1919 کال، د نايتروجن هسته او د الفا د ذراتو د غبرګون کې، د 1932 د اټومي فزیک په برخه کې د ټولو د څیړنې شوي سره يوسلو nuclei، د طبیعي اکټیو عناصر د ورستيدو له خوا خوشې شوي دي. د طبیعی د الفا-ذرات لري د 8 MeV ناارامه انرژۍ، خو ميکنزي دې باور دي چې دوی باید په مصنوعی ډول وي د درنو nuclei د ورستيدو څارنې ته هم د لوړو ارزښتونو چټک. په هغه وخت کې دا ستونزمنه برېښېده. که څه هم، په محاسبه کې د 1928 کال له خوا Georgiem Gamovym (د Göttingen پوهنتون، جرمني)، وښودله چې د يون کولای شي په ډیره ټیټه انرژيو وکارول شي، او دا هڅه چې د یو مرکز چې د لازیاد لپاره د اټومي څېړنې کافي برابروي جوړولو تحريک.

د دې موده کې د نورو پیښو د اصولو له خوا چې د تورن د ذراتو accelerators دې ورځ جوړ شوي دي ښودلې ده. د مصنوعي چټک يون په لومړيو موفقانه تجربو په کمبریج پوهنتون په کال 1932 کې جوړه شوې Cockroft او والټن شوي دي. له خوا د يو ولتاژ ګوني په کارولو سره، پروتونه ته 710 keV چټک شوي دي، او د وښودله چې د وروستنۍ سره لیتیم غبرګون ته دوه الفا ذراتو جوړ کړي. د 1931، په نیو جرسي کې د پرنسټون د پوهنتون، رابرټ van de پيترګراف electrostatic کمربند د لومړي لوړ بالقوه جنراتور جوړ شوی دی. ولټاژ ګوني Cockcroft-والټن جنراتورونو او van de پيترګراف جنراتور اوس هم په توګه د accelerators د انرژۍ سرچينو کارول.

د خطي resonant ګړندي اصل شو Rolf Widerøe په آخين، جرمني 1928. د راین-Westphalian تخنيکي پوهنتون ښودلې، هغه AC یو لوړ ولتاژ کارول ته د دوه ځله اضافي ته انرژيو د سوديم او پوټاشيم يون چټک هغوی ته ووايم. په 1931 کې د متحده ایالاتو Ernest Lourens او د هغه د مرستيال د کاليفورنيا، Berkeley د پوهنتون ډیویډ Sloan، د لوړې فريکونسۍ برخو کې کارول چې د انرژيو په پرتله 1.2 MeV زیات سیماب يون ګړندۍ کړي. دا کار د بشپړ د درنو تورن ذراتو Wideröe ګړندي، خو د ایون بیمونه په اټومي څېړنې ګټورې نه دي.

مقناطیسي غږیز ګړندي یا cyclotron، د لارنس Wideröe نصبول په تعديل اميدواره وه. د زده کوونکو لارنس Livingston په 1931 د cyclotron د اصل ښودلې، د يون سره د 80 keV د انرژۍ د جوړولو. په کال 1932 کې، لارنس او Livingston په پرتله 1 MeV زیات کړي د پروتونه چټکه اعلان کړ. په اړه 4 MeV - وروسته په 1930s، انرژۍ cyclotrons په اړه 25 MeV، او د van de پيترګراف رسیدلی. په 1940، Donald Kerst، درخواست د مقناطيس جوړښت چې د مدار په احتياط شمېرنو سره، جوړ د ورجنيا، الينوز او د لومړي betatron، مقناطیسي ټرننګ الکټرون ګړندي د پوهنتون د پايلو.

ننني فزیک: د ذراتو accelerators

له دویمې نړیوالې جګړې وروسته د لوړ انرژيو ذراتو ګړنديتوب د ساينس چټک پرمختګ و. دا په مسکو کې په Berkeley او ولادیمیر Veksler Edwin McMillan پيل شو. په 1945، دوی دواړه په خپلواکه توګه له يو بل سره د پړاو ثبات د اصل وباله. دا مفهوم په یو متحدالمال ګړندي چې د پروتون د انرژۍ محدوديتونه ليرې کړ او يو مقناطیسي غږیز accelerators (synchrotrons) د الکترون په جوړولو کې مرسته د ذراتو باثباته مدارونو د ساتلو لپاره یوه وسیله وړاندې کوي. Autophasing، د پړاو د ثبات د اصل د پلي کولو، تایید د کاليفورنيا پوهنتون د یو کوچنی synchrocyclotron د جوړولو او په انګلستان کې د synchrotron وروسته. لږ وروسته، د لومړي پروتون خطي resonant ګړندي جوړ شو. په ټولو ستر د Proton synchrotrons وروسته جوړ دغه اصل کارول کېږي.

په 1947، ویلیم Hansen، په کلیفورنیا Stanford پوهنتون، په سفر څپې، چې ویف ټکنالوژي چې د دوهمې نړیوالې جګړې په ترڅ کې د رادار جوړ شوی کارول د لومړي الکټرون خطي ګړندي جوړ شوی دی.

په دغه څیړنه کې د پرمختګ له خوا د Proton انرژۍ، چې د بل هر وخت لوی accelerators د جوړولو تر مشرۍ زياتوالي کړې امکان. دا بهیر د لوړ تولید لګښت ستر مقناطيس د حلقوي ورباندی شوی دی. د لوی شاوخوا 40،000 ټنه وزن لري. د ماشین په اندازه وده پرته د انرژۍ د زياتوالي میتودونه په اړه د 1952 godu Livingstone، Courant او سنائډر د متناوب تمرکز یو تخنیک فلتر شوي دي (کله ناکله په نامه قوي تمرکز کوي). Synchrotrons په دې اصل کې کار کوي، ګرځي او د پخوا په پرتله د 100 ځله کوچنۍ وکاروي. دا ډول تمرکز دی په ټولو عصري synchrotrons کارول.

په 1956 Kerst پوه شول چې که د ذراتو د دوه سيټه پر وګالي مدارونو ساتلي دي، تاسو کولی شئ د لیدلو لپاره يې ټکر. د دې نظر د درخواست په دورو د راغونډېدنې چټک بیمونه اړتیا، مجموعي غوښتنه وکړه. دا تکنالوژی یو متقابل ذراتو اعظمي انرژي ترلاسه کړي دي.