Synchrotron

Rodzaj przyspieszanych cząstek dowolne obdarzone ładunkiem
Kształt toru kołowy (stały promień)
Metoda przyspieszania napięcie wielkiej częstotliwości
Maksymalna energia rzędu TeV

Synchrotronowa metodę przyspieszania cząstek została opracowana niezależnie w 1944 r. przez radzieckiego uczonego W. I. Wekslera i w 1945 przez amerykańskiego uczonego E. M. McMillana. Pierwszym uczonym który w 1943 zaproponował budowę akceleratora protonowego wykorzystującego metodę synchrotronową był Oliphant, jednak ze względu na wojnę jego praca została opublikowana dopiero w 1947.

Schemat synchrotronu ALBA, Barcelona, Hiszpania [3]

Zasada działania

Synchrotron to typ akceleratora cyklicznego, w którym cząstki są przyspieszane w polu elektrycznym wzbudzanym w szczelinach rezonatorów synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w cyklotronie przyspieszane cząstki są zakrzywiane w polu magnetycznym. W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek.

W synchrotronach elektronowych z uwagi na to, że elektrony już przy stosunkowo niskich energiach uzyskują prędkości zbliżone do prędkości światła, częstotliwość ich obiegu jest w przybliżeniu stała w czasie całego cyklu przyspieszania. Natomiast w synchrotronach protonowych prędkość powoli rozpędzających się protonów (lub ciężkich jonów) zmienia się w czasie cyklu przyspieszania. Dlatego oprócz zmiennego pola magnetycznego konieczna jest również zmiana częstotliwości napięcia przyspieszającego (modulacja częstotliwości).

Promieniowanie synchrotronowe

Przyspieszona w synchrotronie wiązka elektronów emituje na skutek zakrzywiania tor lotu promieniowanie elektromagnetyczne. Widmo tego promieniowania rozciąga się od promieniowania widzialnego aż do częstotliwości 10^15 Hz. Promieniowanie to skupione jest w stożku którego kąt rozwarcia zmniejsza się ze wzrostem energii elektronów (dla elektronów o energii 350MeV kąt ten jest mniejszy od 0,3º).

Natężenie oraz rozkład widmowy promieniowania synchrotronowego zależne są od energii maksymalnej przyspieszanych elektronów.

Rozkład widmowy promieniowania synchrotronu na energię 2,5GeV [1]

Promieniowanie synchrotronowe ze względu na duże natężenie, silne zogniskowanie przestrzenne i polaryzację wykorzystywane jest w spektroskopii atomowej i cząsteczkowej a także w badaniach z dziedziny fizyki ciała stałego oraz biologii molekularnej.

Promieniowanie synchrotronowe jest także źródłem strat energetycznych. Przy energiach powyżej 100GeV straty te są rzędu tysięcy eV na jeden obieg.  

Źródła

  1. Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania, PWN, Warszawa 1987, strony 150-213
  2. http://www.lightsources.org/cms/?pid=1000098 - lista synchrotronów na świecie
  3. http://www.cells.es/