Dalelių greitintuvas
Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Dalelių greitintuvas – įrenginys, kuris naudodamas elektrinį ir (arba) magnetinį lauką, greitina elektrinį krūvį turinčias daleles. Yra du pagrindiniai greitintuvų tipai: tiesinis (linijinis) ir žiedinis.
Turinys |
[taisyti] Tiesiniai greitintuvai
Šiuose greitintuvuose dalelės greitinamos tiesia linija, kol susiduria su kliūtimi. Paprasčiausias ir dažniausiai naudojamas linijinis greitintuvas yra katodinių spindulių vamzdis, kuris taip pat naudojamas greitinti mažos energijos daleles prieš joms patenkant į žiedinį greitintuvą. Didžiausias tokio tipo įrenginys pasaulyje yra Stanfordo linijinis greitintuvas (SLAC), kurio ilgis 3 km.
[taisyti] Žiediniai greitintuvai
Žiediniuose greitintuvuose dalelės juda ratu, tam panaudojami galingi elektromagnetai. Pagrindinis privalumas, kad juose greitinamos dalelės gali judėti žiedo formos tuneliu neribotą laiką ir įgauti daug didesnį energijos kiekį. Tokio tipo įrenginiai turi trūkumą: priklausomai nuo dalelių masės ir greitinant joms suteikiamos energijos jos spinduliuoja sinchrotroninę radiaciją. Žinoma, kad visos elektrinį krūvį turinčios dalelės greitinamos pradeda skleisti elektromagnetinę radiaciją ir antrinį spinduliavimą. Kai dalelės juda greitintuvo tuneliu, jų greičio ir pagreičio vektoriai yra nukreipti į apskritimo centrą, o spinduliavimas – apskritimo liestinės kryptimi tiesiai. Šis spinduliavimas vadinamas sinchrotronine šviesa ir daugiausiai priklauso nuo greitinamos dalelės masės. Dėl šios priežasties dauguma elektronų greitintuvų yra linijiniai.
[taisyti] Sinchrotroninė šviesa
Kai kurie žiediniai greitintuvai statomi kaip sinchrotroninės šviesos šaltiniai. Jie generuoja didelės energijos rentgeno spindulius, kurie panaudojami rentgeno spindulių spektroskopijoje.
[taisyti] Sinchrotroninė radiacija
Sinchrotroninis spinduliavimas yra stipresnis greitinant mažesnės masės dalelės. Pagrindiniai spinduliavimo šaltiniai yra elektronų greitintuvai. Sinchrotroninis spinduliavimas suteikia galimybę lengviau stebėti ir analizuoti daleles.
[taisyti] Ciklotronai
Pirmieji žiediniai greitintuvai buvo ciklotronai. Jie sukurti Kalifornijos Berkelio universitete, vadovaujant Ernestui Lorencui (1929 m.) Greitintuvas sudarytas iš didelio elektromagneto, tarp kurio polių yra įtaisyti du elektrodai ir jonų šaltinis. Daleles galima pagreitinti tik iki tam tikros ribos, nes dėl reliatyvistinio efekto padidėja jų masės.
Pirmojo ciklotrono skersmuo buvo 10 cm. Šiandien Fermio laboratorijoje JAV veikia 6 km ilgio greitintuvas, o didžiausias kada nors pastatytas žiedinis greitintuvas buvo LEP Šveicarijoje CERN laboratorijoje. Jo žiedo ilgis 26 km. Dabar šiame tunelyje montuojamas protonų priešpriešinių srautų greitintuvas, dar vadinamas LHC, kuris turėtų pradėti veikti 2007 metais. Devinto dešimtmečio pabaigoje Teksase buvo pradėtas statyti Superlaidusis superkolaideris (SSC), kuris būtų turėjęs net 87 km ilgio žiedą. Išleidus 2 milijardus dolerių ir pastačius penktadalį viso įrenginio, kongresas nutraukė šį projektą. Tokie dideli greitintuvai statomi požeminiuose tuneliuose, nes gruntas suteikia natūralią apsaugą nuo sinchrotroninio spinduliavimo. Šiuolaikiniuose greitintuvuose, pvz.: Reliatyvistiniame sunkiųjų jonų priešpriešinių srautų greitintuve (RHIC) ir Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve (LHC) naudojami superlaidūs magnetai.
[taisyti] Panaudojimas
Pagreitintos iki didelės energijos dalelės nukreipiamos į taikinį. Tai gali būti liuminoforo sluoksnis (taip gaunamas atvaizdas televizoriaus kineskope) arba volframas (taip gaunami rentgeno spinduliai). Urano taikinį apšaudant didelės energijos dalelėmis galima gauti neutronų srautą. Linijiniame greitintuve taikinys paprastai yra jo pabaigoje. Išsiskyrusi energija proporcinga kvadratinei šakniai iš dalelei suteiktos energijos.
[taisyti] Didesnės energijos
Dabar visi galingiausi greitintuvai yra žiediniai priešpriešinių srautų, tačiau panašu, kad ateityje bus statomi linijiniai. Planuojama 2015–2020 metais pastatyti tarptautinį linijinį greitintuvą, kuris būtų 40 km ilgio. Tikimasi, kad bus pradėti naudoti plazminiai dalelių greitintuvai, kurie bus mažesni ir galės suteikti didelę energiją, todėl taps prieinami medicinos įstaigoms ir mažesnėms laboratorijoms.
[taisyti] Juodųjų skylių pagaminimas
Yra galimybė, kad per artimiausius dešimtmečius didžiausiuose greitintuvuose bus pagamintos juodosios skylės, jeigu superstygų teorija teisinga (Scientific American, 2005-05). Tačiau net jeigu jos būtų pagamintos, dėl Hokingo spinduliavimo (Hawking radiation) turėtų labai greitai išgaruoti.
