מאיץ חלקיקים
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
מאיץ חלקיקים הינו מתקן המקנה אנרגיה גבוהה לחלקיקים.
הומצא על ידי ארנסט לורנס החלקיקים נעים בקרן עד להתנגשותם במטרה קבועה מראש או בקרן חלקיקים אחרת. את ההתנגשות מכוונים שתתרחש באזור של גלאי חלקיקים המאפשרים מעקב מתועד אחר תוצרי ההתנגשות. לימוד ועיבוד המידע הנאסף בגלאים מאפשר לפענח ולהבין את תכונותיהם של החלקיקים המרכיבים את החומר ביקום ואת הכוחות שמועברים ביניהם. אנרגית התנגשות גבוהה יותר מאפשרת הצצה עמוקה יותר למבנה החומר וכוחות היסוד.
מאיצי החלקיקים הגדולים בנויים בצורת טבעת גדולה של אלקטרומגנטים. בעזרת שליטה על הזרם ניתן לשלוט בשדות האלקטרומגנטיים. השדה המגנטי בתורו מכוון את החלקיקים הטעונים. בנוסף שדה חשמלי חזק מאיץ את החלקיקים למהירויות גבוהות.
מאיצי חלקיקים גדולים קיימים במרכז המחקר CERN שעל גבול שויץ-צרפת (מרכז המחקר האירופי לפיזיקת חלקיקים), ובארצות הברית (פרמילאב). היקף הטבעת הגדולה ביותר במאיץ התנגשויות ההאדרונים ב-CERN היא כ-27 ק"מ. צריכת החשמל של המאיץ כה גדולה עד כי הפעלתו מוגבלת לחודשי הקיץ. מתוכננים מאיצים גדולים יותר שיוכלו להאיץ חלקיקים למהירויות גדולות יותר על מנת לגלות את צפונות החומר.
גם תותח אלקטרונים הוא מאיץ חלקיקים קוי - אלקטרונים מואצים דרכו בהשפעת מתח חשמלי. תותח אלקטרונים הוא מרכיב בשפופרת קרן קתודית הנמצאת בשימוש ביתי נרחב בטלוויזיות ובצגי מחשב.
[עריכה] שימושים אחרים של מאיצי חלקיקים
כאשר חלקיק טעון כגון אלקטרון נע במעגל (כלומר מאיץ צנטריפטלית), נפלטת קרינה אלקטרומגנטית המכונה קרינת סינכרוטרון. בקרינה זאת ניתן להשתמש לצורך ניסוים שונים. בשנים האחרונות נבנו מספר מאיצי אלקטרונים [1] שלא על מנת לחקור חלקיקים אלמנטריים, אלא כדי לייצר קרינת רנטגן בהירה ומרוכזת המשמשת לניסויים שונים בפיזיקה של חומרים, בכימיה, בביולוגיה מולקולרית, הנדסת חומרים, ועוד.
התקן נסיוני נוסף הנקרא לייזר אלקטרונים חופשיים (FEL) עושה שימוש באלקטרונים המואצים כתווך מעורר ללייזר. ההתקן, המתבסס על אפקט קומפטון, מאפשר הפקת קרינה קוהרנטית ומרוכזת באורך גל הניתן לשינוי. זאת להבדיל מקרינת סינכרוטרון, שאינה קוהרנטית.
מאיצי חלקיקים משמשים גם כספקטרומטר מסות.
[עריכה] מאיצים בישראל
בישראל קיים מאיץ ותיק במכון ויצמן. מאיץ זה הינו מאיץ יונים קוי, שממוקם במגדל. בראש המגדל ממוקם מקור יונים. היונים שהוא מספק מואצים בתוך צינור אופקי על ידי שדה חשמלי חזק. בצינור זה, כמו בשאר הצינור דרכו עוברת קרן היונים, ממוקמות מספר עדשות מגנטיות , מערבלים ומתקני מדידה, לצורך שליטה ובקרה על מיקוד הקרן. שליטה זו מנוהלת מחדר הבקרה. בקצה הצינור מסיטים את קרן החלקיקים כלפי מטה על ידי שדה מגנטי חזק ("Injection Magnet"), ובוררים בעזרתו את מסת היונים שימשיכו. במרכז המגדל, מייצרים מטען חשמלי שלילי חזק (על ידי שרשרת נטענת, בדומה למתקן ון-דר-גרף), אליו נמשכים היונים החיוביים. בטרמינל, במרכז צינור, מצוי גם מפשיט יונים - מתקן שבעזרת רדיד מתכתי, או אטומי גז, "מפשיט" את היונים מהאלקטרונים, והופך אותם ליונים שליליים. כעת משהם שליליים הם נדחים ממרכז המגדל כלפי מטה, וממשיכים להאיץ כתוצאה מהכוח החשמלי החזק. בתחתית המגדל ישנו מגנט נוסף, מגנט אנליזה, בעזרתו בוררים את היונים הרצויים (בעלי מספר האלקטרונים המבוקש). היונים ממשיכים בצינור עד לחדר המטרה, בו הם מוקרנים לצרכי הניסוי שנערך. האנרגיה של המאיץ הינה כ-8 מא"ו, והיונים מואצים בו למהירויות של אחוזים בודדים ממהירות האור.
במרכז למחקר גרעיני בנחל שורק נמצא בתהליכי בנייה מאיץ חלקיקים קוי, בשם שרף (Soreq Applied Research Accelerator Facility), העתיד לפעול בשנת 2009. בשרף יואצו פרוטונים ודויטרונים לאנרגיות של עד 40 מא"ו. בנוסף למחקר בסיסי יינתנו בו שרותי רדיוגרפיה ודיפרקציה של נויטרונים ויפותחו בו שיטות לייצור איזוטופים לשימושים רפואיים.
מתקן לייזר אלקטרונים חופשיים (FEL) נסיוני ממוקם במכללת אריאל [2].
