Hiukkaskiihdytin
Wikipedia
Hiukkaskiihdytin on laite joka sähkökentän ja/tai magneettikentän avulla kiihdyttää sähköisesti varautuneita hiukkasia.
Hiukkaskiihdytinten käyttötarkoitukset vaihtelevat television kuvaputkesta ja lääketieteellisistä sädehoitoon käytetyistä laitteista kilometrien mittaisiin hiukkasfysiikan tutkimukseen käytettyn laitteisiin.
Hiukkaskiihdytin voidaan rakentaa yksinkertaiseksi tyhjiöputkeksi, jonka päissä on suuri potentiaaliero. Tutkimuskäytössä suuret kiihdyttimet voidaan rakentaa ympyrän muotoon, ns. syklotroniksi, jossa hiukkaset kiertävät ympyrärataa.
Yhteiseurooppalainen kiihdytinlaboratorio CERN sijaitsee Sveitsin ja Ranskan rajalla. Myös uutta LHC-kiihdytintä rakennetaan CERNiin Higgsin hiukkasten tutkimiseksi.
[muokkaa] Syklotroni
Syklotroni on hiukkaskiihdytin, jossa hiukkasia kiihdytetään likimain ympyräradalla. Yksinkertaistettuna laitteen keskellä on sähkökenttä, joka kiihdyttää tutkittavaa hiukkasta. Kiihdytyksen jälkeen hiukkanen saapuu puoliympyrän muotoiseen kaarteeseen, jota kutsutaan D-kappaleeksi. Tässä kaarteessa magneettikenttä saa hiukkaselle aikaan keskeiskiihtyvyyden, ja hiukkanen pysyy ympyräradalla. Kuljettuaan puoliympyrän hiukkanen saapuu uudelleen sähkökenttään, jonka suunta on nyt vaihdettu. Näin hiukkanen kiihtyy aina kulkiessaan D-kappaleesta toiseen. Syklotronilla saavutettavaa energiaa rajaavat suhteellisuusteoreettiset efektit: kun hiukkanen on lähellä valonnopeutta, sen nopeus ei enää kasva tasaisesti ja kiihdyttävä sähkökenttä joutuu eri vaiheeseen hiukkasvirran kanssa.
[muokkaa] Synkrotroni
Syklotronin ongelmana oleva kihdyttävän kentän vaiheistaminen on ratkaistu synkrosyklotronissa, jota kutsutaan lyhyesti synkrotroniksi. Tässä laitteessa kiihdyttävät ja hiukkassädettä ohjaavat kentät on tarkasti vaiheistettu antamaan kiihdytintä kiertäville hiukkasille mahdollisimman suuri energia. Yleensä kiihdytintä kiertää kaksi hiukkassädettä, joista toinen sisältää hiukkasia, toinen vastaavia antihiukkasia. Näiden hiukkasten törmätessä ilmaisinyksikössä saadaan käytettyä koko liike-energia uusiin reaktioihin.
Synkrotronin ongelmana on synkrotronisäteily, jota syntyy hiukkasten joutuessa kiihtyvään liikkeeseen. Koska hiukkasten liike ympyräradalla on kiihtyvää, ne säteilevät osan energiastaan ympäristöön. Tämä aiheuttaa vaatimuksia säteilysuojaukselle ja pakottaa tekemään hiukkaskiihdyttimet suurikokoisiksi, jotta hiukkasten kulmakiihtyvyys olisi mahdollisimman alhainen.
Synkrotronisäteilyä voidaan käyttää myös säteilylähteenä. Koska elektronien poikkeuttaminen on mahdollista säätää hyvin tarkasti, synkrotronilla saadaan tarkasti määriteltyä säteilyn energia ja intensiteetti. Tätä voidaan hyödyntää erityisesti materiaalien ja biokemian tutkimuksessa.
