|
Lineární urychlovače | ||||||||||||||||
|
Jaderná fyzika potřebuje ke studiu základních částic, jaderných sil a jaderných reakcí částice s mimořádně velkými energiemi. Zdrojem částic by sice mohly být různé jaderné reakce, ale energie takto získaných částic je pro potřeby výzkumu příliš malá. Proto hledali fyzikové a technici způsob, jak energii částic zvýšit na požadovanou hodnotu. Vznikla řada typů urychlovačů, které v dnešní době patří k základní výzbroji jaderné fyziky. Lze jimi vyvolávat a studovat reakce, které by jinak v přírodě vůbec nevznikly. Z konstrukčního hlediska můžeme rozdělit urychlovače do dvou základních skupin: • lineární urychlovačeVe všech případech se využívá silového působení elektrického nebo elektromagnetického pole na nabitou částici.
John Cockroft a Ernest Walton zkonstruovali roku 1920 elektrostatický urychlovač nabitých částic, jehož základem je tzv. násobič napětí. V prvním přístroji bylo použito urychlovací napětí „jen“ 100 kV. V roce 1932 se pomocí výkonnějšího typu tohoto urychlovače prováděly první experimenty s umělými přeměnami jader. Cockroft - Waltonův urychlovač se dodnes používá v některých obřích urychlovačích jako předstupeň hlavního urychlovače. Malý elektrostatický urychlovač elektronů máme dokonce v každé domácnosti - je to obyčejná televizní obrazovka. Elektrony jsou v ní urychlovány elektrickým polem o napětí kolem 16 kV. Získaná energie však stačí jen na rozsvícení bodů na stínítku, pro účely atomové fyziky je příliš malá.
Jiný typ elektrostatického urychlovače zkonstruoval Robert van de Graaff. Jeho základem je generátor vysokého napětí, který známe z hodin fyziky: pohybující se pás izolantu se třením nabíjí a kovovými hroty se náboj přenáší na kulovou kovovou elektrodu. Van de Graaff v r. 1931 v Princetonu dosáhl generátorem napětí 1,5 MV a tímto napětím, rozděleným podél vakuové trubice, urychloval protony. Dnešní urychlovače tohoto typu používají k urychlování běžně napětí několik desítek megavoltů. Používají se nejen samostatně, ale i v rámci obřích urychlovačů, podobně jako urychlovač Cockroft - Waltonův.
Švédský technik R. Videroe navrhl jiné řešení elektrostatického urychlovače: místo jednorázového urychlení vysokým napětím přišel s myšlenkou postupného vícenásobného urychlování menším napětím. První lineární urychlovač začal pracovat roku 1930 a v různých variantách se používá dodnes. Lineární urychlovač je dlouhá řada válcových elektrod, mezi nimiž se napětí vhodně střídá tak, aby letící nabitou částici stále urychlovalo. Na elektrody se z generátoru G přivádí střídavé vysokofrekvenční napětí. Ze zdroje Z je vyzářena částice (např. proton) v okamžiku, kdy je na první elektrodě záporné napětí. Částice je k ní přitahována a urychlena. Během jejího průletu první elektrodou se změní napětí tak, že první elektroda je kladná (odpuzuje částici) a druhá má záporné napětí (přitahuje částici). V mezeře dojde k dalšímu urychlení částice. Během průletu druhou elektrodou dojde opět ke změně polarity. Částice je v další mezeře opět urychlena atd. Při dopadu na terčík T v něm urychlená částice může vyvolat různé jaderné reakce.
Největší lineární urychlovač SLAC pracuje na Stanfordově univerzitě. Kanál, ve kterém dochází k urychlování elektronů a pozitronů na energii 50 GeV, má délku přes 3 km! Také lineární urychlovače se zařazují do systému obřích urychlovačů jako injektory částic.
|
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
