ฉันอยากรู้ทุกอย่าง

เครื่องเร่งอนุภาค

Pin
Send
Share
Send


โปรตอนและแอนตี้ - โปรตอนชนกันในเครื่องเร่งความเร็วสูง พลังงานมวลและพลังงานจลน์ของพวกมันถูกเปลี่ยนเป็นห้องอาบน้ำของอนุภาคทุกชนิด

หลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังตัวเร่งอนุภาคนั้นเรียบง่าย: ชนสิ่งต่าง ๆ เข้าด้วยกันด้วยพลังงานสูงและตรวจจับสิ่งที่ออกมา

ในปี 1909 เออร์เนสต์รัทเธอร์ฟอร์ดค้นพบว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกขนาดเล็กที่มีประจุบวกล้อมรอบด้วยกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนแสง 10,000 เท่า เพื่อทำความเข้าใจโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมนี้นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนา "โพรบ" หลายครั้งในช่วงหลายปีที่ผ่านมานับว่ามีประโยชน์มากที่สุดคือนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้าและอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าหลายชนิด เนื่องจากนิวตรอนไม่ได้ถูกผลักออกจากประจุนิวเคลียร์จึงทำให้ความเร็วต่ำทำได้ดีเหมือนโพรบ (ดูปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียร์) อย่างไรก็ตามอนุภาคที่มีประจุจะแทรกซึมได้ดีที่สุดเมื่อมีพลังสูง การสูบฉีดพลังงานของโพรบดังกล่าวเป็นบทบาทของเครื่องเร่งอนุภาค

โพรบพลังงานสูงครั้งแรกนั้นถูกจัดเตรียมโดยธรรมชาติในแง่ของรังสีอัลฟาเบต้าและแกมมาของธาตุกัมมันตรังสี ในความเป็นจริงรัทเธอร์ฟอร์ดใช้อัลฟ่าพลังงานสูงจากเรเดียมเป็นโพรบเพื่อสร้างแบบจำลองอะตอมของเขา แม้ว่ารังสีคอสมิกถูกใช้ (และยังคงเป็น) เป็นโพรบ - โพสิตรอนถูกค้นพบในลักษณะนี้ - เกือบทั้งหมดความก้าวหน้าในฟิสิกส์ของอนุภาคได้ทำโดยใช้เครื่องเร่งความเร็วที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยพลังที่เพิ่มมากขึ้น

เมื่อพลังของโพรบเพิ่มขึ้นจึงมีการค้นพบอนุภาคจำนวนมากพัฒนาเป็นสิ่งที่เรียกว่า ในที่สุดพวกเขาทั้งหมดถูกจัดระเบียบตามระบบที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน ในระเบิดอะตอมสสารกลายเป็นพลังงาน ในเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูงพลังงานจะเปลี่ยนเป็นสสาร

เครื่องเร่งอนุภาคใช้สนามไฟฟ้าในการขับเคลื่อนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าด้วยความเร็วสูงและบรรจุไว้ ชุดโทรทัศน์ CRT ธรรมดาเป็นรูปแบบที่เรียบง่ายของเครื่องเร่งความเร็ว

ตัวเร่งความเร็วพื้นฐานมีสองประเภท: แบบเส้นตรงและแบบวงกลม การออกแบบทั้งสองมีข้อ จำกัด ตัวเร่งความเร็วเชิงเส้นที่ยาวกว่าคือพลังงานที่สามารถถ่ายทอดได้มากขึ้นดังนั้นข้อ จำกัด จะถูกกำหนดโดยความยาวที่ใช้งานได้จริง ในการออกแบบแบบวงกลมความยาวไม่ จำกัด ข้อ จำกัด ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการประจุไฟฟ้าเป็นวงกลมทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน ในขณะที่เร่งความเร็วจะมีการหลั่งพลังงานมากขึ้นจนกระทั่งในที่สุดพวกมันจะหลั่งพลังงานได้เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้

เครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นแวนเดอแกรฟฟ์ MeV แบบเชิงเส้น 2 ขั้นตอน 1960 เปิดที่นี่เพื่อการบำรุงรักษา

ตัวเร่งเชิงเส้น

ในเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้น (linac) อนุภาคจะถูกเร่งเป็นเส้นตรงโดยมีเป้าหมายที่น่าสนใจที่ปลายด้านหนึ่ง

สายลำแสงที่นำมาจากคันเร่ง Van de Graaff ไปจนถึงการทดลองต่าง ๆ ในชั้นใต้ดินของ Jussieu Campus ในปารีส

เครื่องเร่งพลังงานเชิงเส้นเชิงเส้นใช้แผ่นเชิงเส้น (หรือหลอดดริฟต์) ซึ่งใช้สนามพลังงานสูงสลับกัน เมื่ออนุภาคเข้าใกล้จานพวกมันจะถูกเร่งความเร็วโดยประจุขั้วตรงข้ามที่ใช้กับแผ่น ขณะที่พวกเขาเดินผ่านรูในจานกระแสไฟฟ้าจะถูกเปลี่ยนเพื่อให้แผ่นผลักมันออกไปและพวกมันจะถูกเร่งโดยมันไปยังแผ่นถัดไป โดยปกติกระแสของ "ช่อ" ของอนุภาคจะถูกเร่งดังนั้นแรงดันไฟฟ้า AC ควบคุมอย่างระมัดระวังจะถูกนำไปใช้กับแต่ละแผ่นเพื่อทำซ้ำอย่างต่อเนื่องสำหรับแต่ละกลุ่ม

ในเครื่องเร่งอนุภาคในช่วงต้นตัวคูณแรงดันไฟฟ้า Cockcroft-Walton มีหน้าที่ในการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า คันเร่งชิ้นนี้ช่วยในการพัฒนาระเบิดปรมาณู สร้างขึ้นในปี 1937 โดย Philips of Eindhoven ปัจจุบันอยู่ในพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติในกรุงลอนดอนประเทศอังกฤษ

เมื่ออนุภาคเข้าใกล้ความเร็วแสงอัตราการสลับของสนามไฟฟ้าจะสูงมากจนสามารถทำงานที่ความถี่ไมโครเวฟและดังนั้นตัวกระจายสัญญาณความถี่วิทยุ RF จึงถูกใช้ในเครื่องจักรพลังงานสูงแทนที่จะเป็นเพลทธรรมดา

ประเภทคันเร่ง DC สามารถเร่งอนุภาคให้มีความเร็วเพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Cockcroft-Walton หรือตัวคูณแรงดันไฟฟ้าซึ่งแปลง AC เป็นไฟฟ้าแรงสูง DC หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Van de Graaff ที่ใช้กระแสไฟฟ้าสถิตย์โดยสายพาน

เครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่และทรงพลังที่สุดเช่น RHIC, LHC (มีกำหนดเริ่มดำเนินการในปี 2551) และ Tevatron ใช้สำหรับการทดลองทางฟิสิกส์ของอนุภาค

เครื่องเร่งอนุภาคยังสามารถผลิตลำแสงโปรตอนซึ่งสามารถผลิตงานวิจัยหรือไอโซโทปทางการแพทย์ "โปรตอน - หนัก" ซึ่งตรงข้ามกับ "นิวตรอนหนัก" ที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชัน ตัวอย่างของเครื่องประเภทนี้คือ LANSCE ที่ Los Alamos

ตัวอย่าง

ตัวอย่างเครื่องเร่งอนุภาคทุกวันเป็นตัวอย่างที่พบในเครื่องรับโทรทัศน์และเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ เครื่องเร่งพลังงานต่ำเช่นหลอดรังสีแคโทดและเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ใช้ขั้วไฟฟ้าคู่เดียวที่มีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสองสามพันโวลต์ ในเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์เป้าหมายคือหนึ่งในอิเล็กโทรด เครื่องเร่งอนุภาคพลังงานต่ำเรียกว่าอิออน implanter ใช้ในการผลิตวงจรรวม

Linacs ใช้กันอย่างแพร่หลาย พวกเขายังใช้เพื่อให้เตะพลังงานต่ำเริ่มต้นให้กับอนุภาคก่อนที่พวกเขาจะถูกฉีดเข้าไปในเครื่องเร่งอนุภาคแบบวงกลม linac ที่ยาวที่สุดในโลกคือ Stanford Linear Accelerator, SLAC ซึ่งยาว 3 กม. (2 ไมล์) SLAC เป็น collider อิเล็กตรอน - โพสิตรอน

เครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการแพทย์สำหรับการรักษาด้วยรังสีและการผ่าตัด Linacs เกรดทางการแพทย์เร่งอิเล็กตรอนโดยใช้ klystron และการจัดเรียงแม่เหล็กดัดซับซ้อนซึ่งผลิตลำแสงพลังงาน 6-30 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) อิเล็กตรอนสามารถนำมาใช้โดยตรงหรือสามารถชนกับเป้าหมายเพื่อสร้างลำแสงรังสีเอกซ์ ความน่าเชื่อถือความยืดหยุ่นและความแม่นยำของลำแสงรังสีที่ผลิตส่วนใหญ่มาแทนที่การใช้การรักษาแบบเก่าของโคบอลต์ -60 เป็นเครื่องมือในการรักษา

เครื่องเร่งไฟฟ้าสถิตแบบตีคู่

ในคันเร่งแบบตีคู่ไอออนที่มีประจุลบจะได้รับพลังงานโดยการดึงดูดกับแรงดันไฟฟ้าบวกที่สูงมากที่ศูนย์กลางทางเรขาคณิตของภาชนะรับความดัน เมื่อมาถึงบริเวณกึ่งกลางที่เรียกว่าขั้วไฟฟ้าแรงสูงอิเล็กตรอนบางตัวจะถูกดึงออกจากไอออน จากนั้นไอออนจะกลายเป็นบวกและเร่งความเร็วด้วยแรงดันบวกที่สูง ดังนั้นตัวเร่งความเร็วชนิดนี้เรียกว่าตัวเร่ง "ตีคู่" คันเร่งมีการเร่งความเร็วสองขั้นตอนก่อนดึงแล้วผลักอนุภาคที่มีประจุ ตัวอย่างของตัวเร่งความเร็วแบบตีคู่คือ ANTARES (ตัวเร่งความเร็วแบบตัวตีคู่แห่งชาติออสเตรเลียเพื่อการวิจัยประยุกต์)

ตัวเร่งแบบวงกลม

เครื่องเร่งอนุภาค ที่สถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann, Rehovotภาพถ่ายทางอากาศของ Fermilabส่วนของเครื่องเร่งอนุภาคที่ DESY

ในเครื่องเร่งอนุภาคแบบวงกลมอนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมจนกว่าจะถึงพลังงานที่เพียงพอ โดยทั่วไปแทร็กของอนุภาคจะโค้งงอเป็นวงกลมโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้า ข้อได้เปรียบของตัวเร่งความเร็วแบบวงกลมเหนือตัวเร่งความเร็วเชิงเส้นคือวงแหวนทอพอโลยีอนุญาตให้เร่งอย่างต่อเนื่องเนื่องจากอนุภาคสามารถเคลื่อนที่ผ่านได้ไม่ จำกัด ข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่งคือตัวเร่งความเร็วแบบวงกลมค่อนข้างเล็กกว่าตัวเร่งความเร็วเชิงเส้นของพลังงานที่เทียบเคียงกัน (นั่นคือ linac จะต้องใช้เวลานานมากในการมีกำลังเทียบเท่ากับตัวเร่งแบบวงกลม)

ขึ้นอยู่กับพลังงานและอนุภาคที่ถูกเร่งเครื่องเร่งอนุภาคแบบวงกลมจะได้รับผลเสียจากการที่อนุภาคปล่อยรังสีซินโครตรอน เมื่ออนุภาคที่มีประจุใด ๆ ถูกเร่งมันจะปล่อยทั้งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและการปล่อยมลพิษทุติยภูมิ เมื่ออนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลมจะเร่งไปยังศูนย์กลางของวงกลมอยู่เสมอมันจึงแผ่ไปสู่วงสัมผัสของวงกลมอย่างต่อเนื่อง รังสีนี้เรียกว่าแสงซินโครตรอนและขึ้นอยู่กับมวลของอนุภาคที่เร่ง ด้วยเหตุนี้เครื่องเร่งอิเล็กตรอนพลังงานสูงหลายตัวจึงกลายเป็น linacs

รังสีซินโครตรอน

การไหลของพลังงานโดยอนุภาคไฟฟ้าที่บังคับให้โค้งเรียกว่ารังสีซินโครตรอน ยิ่งทำให้โค้งงอมากเท่าไหร่พลังงานก็ยิ่งมากขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เครื่องเร่งอนุภาคแบบวงกลมบางตัวถูกสร้างขึ้นเพื่อจงใจสร้างรังสี (เรียกว่าแสงซินโครตรอน) เป็นรังสีเอกซ์เช่น Diamond Light Source ที่ถูกสร้างขึ้นที่ห้องปฏิบัติการ Rutherford Appleton ในอังกฤษหรือ Advanced Photon Source ที่ Argonne National Laboratory ในรัฐอิลลินอยส์ X-ray พลังงานสูงมีประโยชน์สำหรับ X-ray spectroscopy ของโปรตีนหรือโครงสร้าง X-ray absorption fine (XAFS)

รังสีซินโครตรอนถูกปล่อยออกมาอย่างมีพลังมากขึ้นโดยอนุภาคที่เบากว่าดังนั้นเครื่องเร่งอนุภาคเหล่านี้จึงเป็นเครื่องเร่งอิเล็กตรอนที่คงที่ รังสีซินโครตรอนช่วยให้ถ่ายภาพได้ดีขึ้นตามการวิจัยและพัฒนาที่หอกของ SLAC ในทางตรงกันข้ามนักฟิสิกส์ของอนุภาคใช้อนุภาคขนาดใหญ่มากขึ้นเช่นโปรตอน (หรือนิวเคลียส) ในเครื่องเร่งอนุภาคเพื่อเพิ่มพลังงาน อนุภาคเหล่านี้เป็นคอมโพสิตของควาร์กและกลูออนซึ่งทำให้การวิเคราะห์ผลลัพธ์ของการโต้ตอบมีความซับซ้อนมากขึ้นและมีความสนใจทางวิทยาศาสตร์มาก

ประวัติของไซโคลตรอน

เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมที่เก่าแก่ที่สุดคือ cyclotrons ซึ่งคิดค้นในปี 1929 โดย Ernest O. Lawrence ที่ University of California, Berkeley ไซโคลตรอนมีแผ่นกลวงรูปตัว D คู่เดียวเพื่อเร่งอนุภาคและแม่เหล็กไดโพลเดี่ยวเพื่อโค้งติดตามอนุภาค อนุภาคจะถูกฉีดเข้าไปที่กึ่งกลางของเครื่องวงกลมและหมุนวนออกไปทางเส้นรอบวง อีกประเภทหนึ่งของการเร่งความเร็วแบบวงกลมคิดค้นในปี 2483 เพื่อเร่งอิเล็กตรอนคือ Betatron

ไซโคลตรอนถึงขีด จำกัด พลังงานเนื่องจากผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพที่พลังงานสูงโดยอนุภาคจะเร่งได้ยากขึ้น แม้ว่าทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษห้ามไม่ให้สสารเดินทางเร็วกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ แต่อนุภาคในเครื่องเร่งความเร็วจะเคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วแสงมาก ในเครื่องเร่งความเร็วสูงจะมีอัตราผลตอบแทนลดลงเมื่ออนุภาคเข้าใกล้ความเร็วแสง ดังนั้นนักฟิสิกส์ของอนุภาคมักไม่คิดในแง่ของความเร็ว แต่ในแง่ของพลังงานของอนุภาคมักจะวัดเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) แทน

ไซโคลตรอนไม่สามารถเร่งโปรตอนได้อีกเมื่อพวกเขามีพลังงานถึง 10 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (10 MeV) เพราะโปรตอนออกจากเฟสด้วยสนามไฟฟ้าขับ พวกเขายังคงหมุนวนออกไปสู่รัศมีที่ใหญ่กว่า แต่ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้นแล้วไม่ได้รับความเร็วเพียงพอที่จะทำให้วงกลมขนาดใหญ่เสร็จเร็วขึ้นอีกต่อไป อย่างไรก็ตามมันมีประโยชน์สำหรับการใช้งาน "พลังงานต่ำ" มีวิธีการชดเชยสิ่งนี้ในระดับหนึ่งนั่นคือซินโครคไซโคลทรอนและไซโคลตรอน isochronous

เพื่อเพิ่มพลังงานให้สูงขึ้นไปสู่การใช้อิเล็กตรอนหลายพันล้านโวลต์ (GeV) จำเป็นต้องใช้ซินโครตรอน นี่คือเครื่องเร่งอนุภาคซึ่งบรรจุอยู่ในหลอดรูปโดนัทเรียกว่าวงแหวนสำหรับจัดเก็บ หลอดมีแม่เหล็กจำนวนมากกระจายอยู่รอบ ๆ มันเพื่อโฟกัสอนุภาคและโค้งแทร็กของพวกเขารอบ ๆ หลอดและช่องไมโครเวฟกระจายอย่างรวดเร็วเพื่อเร่งความเร็ว

ขนาดของไซโคลตรอนตัวแรกของลอเรนซ์นั้นมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 4 นิ้ว (100 มม.) Fermilab มีวงแหวนที่มีลำแสง 4 ไมล์ (6 กม.) ตัวเร่งแบบวงกลมที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาคือ LEP ซินโครตรอนที่ CERN โดยมีเส้นรอบวง 26.6 กิโลเมตรซึ่งเป็น collider อิเล็กตรอน / โพสิตรอน มันถูกรื้อถอนและอุโมงค์ใต้ดินกำลังถูกนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับการชนของโปรตอน / โปรตอนที่เรียกว่า LHC Superconducting Supercollider (SSC) ที่ถูกยกเลิกในเท็กซัสน่าจะมีเส้นรอบวง 87 กม. เริ่มการก่อสร้าง แต่ต่อมาก็ถูกทิ้งร้างกันก่อนที่จะเสร็จสมบูรณ์ เครื่องเร่งความเร็วแบบวงกลมขนาดใหญ่มากถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องในอุโมงค์ใต้ดินกว้างไม่กี่เมตรเพื่อลดการหยุดชะงักและค่าใช้จ่ายในการสร้างโครงสร้างดังกล่าวบนพื้นผิวและเพื่อป้องกันการแผ่รังสีซินโครตรอนที่รุนแรง

เครื่องเร่งกระแสไฟฟ้าในปัจจุบันเช่น Spallation Neutron Source รวมเอา cryomodules ยิ่งยวด Relativistic Heavy Ion Collider และ Hadron Collider ขนาดใหญ่ที่กำลังจะมาถึงยังใช้ประโยชน์จากตัวนำยิ่งยวดและตัวกระจายคลื่น RF เพื่อเร่งอนุภาค

แม่เหล็กใน synchrocyclotron ที่ศูนย์บำบัดโปรตอนออร์เซย์

เป้าหมายและเครื่องตรวจจับ

โดยทั่วไปแล้วเอาท์พุทของเครื่องเร่งอนุภาคจะถูกส่งไปยังการทดลองหลาย ๆ เส้นในเวลาที่กำหนดโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่เบี่ยงเบน สิ่งนี้ทำให้เป็นไปได้ในการใช้งานการทดลองหลายรายการโดยไม่จำเป็นต้องเคลื่อนย้ายสิ่งต่าง ๆ รอบหรือปิดคานเร่งความเร็วทั้งหมด ยกเว้นแหล่งกำเนิดรังสีซินโครตรอนจุดประสงค์ของเครื่องเร่งความเร็วคือการสร้างอนุภาคพลังงานสูงสำหรับการโต้ตอบกับสสาร

นี่เป็นเป้าหมายที่แน่นอนเช่นการเคลือบฟอสเฟอร์ที่ด้านหลังของหน้าจอ (ในกรณีของหลอดโทรทัศน์); ชิ้นส่วนของยูเรเนียมในเครื่องเร่งความเร็วที่ออกแบบเป็นแหล่งกำเนิดนิวตรอน หรือเป้าหมายทังสเตนสำหรับเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ ใน linac เป้าหมายจะถูกติดตั้งที่ส่วนท้ายของคันเร่ง แทร็กของอนุภาคในไซโคลตรอนเป็นเกลียวออกจากศูนย์กลางของเครื่องวงกลมดังนั้นอนุภาคที่ถูกเร่งออกมาจากจุดคงที่เช่นเดียวกับในเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้น

สำหรับซินโครตรอนสถานการณ์มีความซับซ้อนมากขึ้น อนุภาคถูกเร่งให้เป็นพลังงานที่ต้องการ จากนั้นจะใช้แม่เหล็กไดโพลที่ออกฤทธิ์เร็วเพื่อเปลี่ยนอนุภาคออกจากหลอดซินโครตรอนแบบวงกลมและไปยังเป้าหมาย

รูปแบบที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการวิจัยฟิสิกส์ของอนุภาคคือ collider หรือที่เรียกว่า "storage ring collider" ซินโครตรอนแบบวงกลมสองตัวถูกสร้างขึ้นในบริเวณใกล้เคียง - โดยปกติจะอยู่ด้านบนของกันและกันและใช้แม่เหล็กเดียวกัน (ซึ่งเป็นการออกแบบที่ซับซ้อนกว่าเพื่อรองรับหลอดลำแสงทั้งสอง) กลุ่มของอนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามรอบ ๆ คันเร่งสองตัวและชนกันที่จุดตัดระหว่างพวกมัน สิ่งนี้สามารถเพิ่มพลังงานมหาศาล ในขณะที่การทดลองเป้าหมายคงที่พลังงานที่มีอยู่ในการผลิตอนุภาคใหม่เป็นสัดส่วนกับสแควร์รูทของพลังงานลำแสงใน Collider พลังงานที่มีอยู่เป็นเส้นตรง

พลังงานที่สูงขึ้น

ในปัจจุบันตัวเร่งพลังงานสูงสุดเป็น colliders วงกลมทั้งหมด แต่มีโอกาสที่จะถึงขีด จำกัด ในการชดเชยการสูญเสียรังสีซิงโครตรอนสำหรับตัวเร่งอิเล็กตรอนและรุ่นต่อไปอาจเป็นตัวเร่งความเร็วเชิงเส้น 10 เท่าของความยาวปัจจุบัน ตัวอย่างของเครื่องเร่งอิเล็กตรอนรุ่นต่อไปคือ International Linear Collider ยาว 40 กม. ซึ่งจะสร้างขึ้นระหว่างปี 2558-2563

ในปีพ. ศ. 2548 มีความเชื่อกันว่าอัตราการเร่งพลาสมาในรูปแบบของลำแสงอิเล็กตรอน "afterburners" และเลเซอร์พัลส์แบบสแตนด์อโลนจะเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมากภายในสองถึงสามทศวรรษ ในเครื่องเร่งความเร็วพลาสมา Wakefield โพรงลำแสงจะเต็มไปด้วยพลาสมา (แทนที่จะเป็นสุญญากาศ) พัลส์อิเล็กตรอนหรือแสงเลเซอร์สั้น ๆ จะประกอบขึ้นหรือเคลื่อนที่ไปตามอนุภาคที่ถูกเร่ง พัลส์รบกวนพลาสม่าทำให้อนุภาคที่มีประจุในพลาสม่ารวมตัวกันและเคลื่อนที่ไปทางด้านหลังของกลุ่มอนุภาคที่ถูกเร่ง กระบวนการนี้ถ่ายโอนพลังงานไปยังกลุ่มอนุภาคเร่งมันเพิ่มเติมและดำเนินต่อไปตราบใดที่ชีพจรมีความสอดคล้องกัน1

การไล่ระดับพลังงานที่สูงถึง 200 GeV / m สามารถทำได้ในระยะทางระดับมิลลิเมตรโดยใช้เลเซอร์พัลเซอร์2 และการไล่ระดับสีที่ใกล้จะถึง 1 GeV / m นั้นถูกสร้างขึ้นในหลาย ๆ เซนติเมตรด้วยระบบลำแสงอิเล็กตรอนในทางตรงกันข้ามกับขีด จำกัด ประมาณ 0.1 GeV / m สำหรับการเร่งด้วยคลื่นความถี่วิทยุเพียงอย่างเดียว เครื่องเร่งอิเล็กตรอนที่มีอยู่เช่น SLAC สามารถใช้ afterburners ลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อเพิ่มพลังงานอย่างมากของลำอนุภาคของพวกเขาในราคาของความเข้มของลำแสง ระบบอิเลคตรอนโดยทั่วไปสามารถให้ลำแสงที่แน่นหนาและเชื่อถือได้ ระบบเลเซอร์อาจให้กำลังและความกระชับมากกว่า ดังนั้นสามารถใช้ตัวเร่งพลาสมาพลาสมาได้หากปัญหาทางเทคนิคสามารถแก้ไขได้ - เพื่อเพิ่มพลังงานสูงสุดของเครื่องเร่งความเร็วที่ใหญ่ที่สุดและนำพลังงานสูงเข้าสู่ห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยและศูนย์การแพทย์

การผลิตหลุมดำ

ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้าความเป็นไปได้ของการผลิตหลุมดำที่ตัวเร่งพลังงานสูงสุดอาจเกิดขึ้นได้หากการคาดการณ์บางอย่างเกี่ยวกับทฤษฎี superstring มีความแม่นยำ3 หากพวกมันถูกสร้างขึ้นมันก็คิดว่าหลุมดำจะระเหยอย่างรวดเร็วผ่านการแผ่รังสีฮอว์คิง อย่างไรก็ตามการมีอยู่ของรังสีฮอว์คิงนั้นขัดแย้งกัน4 มันก็คิดว่าการเปรียบเทียบระหว่าง colliders และรังสีคอสมิกแสดงให้เห็นถึงความปลอดภัยของ collider หาก colliders สามารถสร้างหลุมดำได้รังสีคอสมิก (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสีคอสมิคที่มีพลังงานสูงเป็นพิเศษ) ก็ควรจะสร้างมันขึ้นมาสำหรับมหายุคและพวกมันยังไม่เป็นอันตรายต่อโลก

หมายเหตุ

  1. ↑แมทธิวไรท์และไรท์ไรท์ขี่คลื่นพลาสม่าแห่งอนาคต สมมาตร: มิติของฟิสิกส์ของอนุภาค (Fermilab / SLAC) สืบค้น 9 ตุลาคม 2550
  2. ↑ปริญญาตรี Briezman, et al, ไดรเวอร์ลำแสงแบบโฟกัสด้วยตนเองสำหรับตัวเร่งพลาสมาพลาสม่า สืบค้น 9 ตุลาคม 2550
  3. ↑หัวข้อพิเศษของ ESI บทสัมภาษณ์กับ Dr. Steve Giddings สืบค้น 9 ตุลาคม 2550
  4. ↑ Adam D. Helfer, หลุมดำเปล่งประกายไหม? REPT Prog สรวง 66: 943 สืบค้น 9 ตุลาคม 2550

อ้างอิง

  • Wiedemann, Helmut 2007 ฟิสิกส์เร่งอนุภาค นิวยอร์ก: สปริงเกอร์ ไอ 3540490434
  • Wille, Klaus และ Jason McFall 2001 ฟิสิกส์ของเครื่องเร่งอนุภาค: บทนำ นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ไอ 0198505493
  • วิลสัน, E.J.N. 2001 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเครื่องเร่งอนุภาค นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ไอ 0198508298

ลิงก์ภายนอก

ลิงก์ทั้งหมดได้รับ 16 มกราคม 2019

  • การวิจัยเครื่องเร่งอนุภาค
  • เครื่องเร่งอนุภาคทั่วโลก
  • Panofsky, Wolfgang K.H. 1997. วิวัฒนาการของเครื่องเร่งอนุภาคและตัวสร้างอนุภาค Stanford
  • ไบรอันท์, P.J. 1994 ประวัติโดยย่อและทบทวนตัวเร่งความเร็ว เซิร์น
  • Kestenbaum เดวิด 2007. เร่งอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้น เอ็นพีอาร์
  • RTFTechnologies.org เครื่องเร่งอนุภาคไฟฟ้าสถิต

ดูวิดีโอ: เครองเรงอนภาคทใหญทสดในโลก โครงการจำลองการกอกำเนดจกรวาน (มิถุนายน 2020).

Pin
Send
Share
Send