Kas yra ciklotronas?

Šakių istorija dalelių fizika yra istorija, kuria siekiama surasti vis mažesnius materijos gabalus. Mokslininkams gilinantis į atomo makiažą, jiems reikėjo rasti būdą, kaip jį suskaidyti, kad pamatytų jo konstrukcinius blokus. Tai vadinamos „elementariosiomis dalelėmis“. Norint juos atskirti, prireikė labai daug energijos. Tai taip pat reiškė, kad mokslininkai, norėdami atlikti šį darbą, turėjo sugalvoti naujas technologijas.

Tam jie sugalvojo ciklotroną - dalelių greitintuvą, kuris naudoja pastovų magnetinį lauką, kad sulaikytų įkrautas daleles, nes jos greičiau ir greičiau juda apskritimo spirale. Galiausiai jie pataikė į taikinį, dėl kurio fizikai turi antrines daleles tyrinėti. Ciklotronai dešimtmečius buvo naudojami atliekant daug energijos sunaudojančius fizikos eksperimentus, jie taip pat yra naudingi gydant vėžį ir kitas ligas.

Pirmąjį ciklotroną 1932 m. Kalifornijos Berklio universitete pastatė Ernestas Lawrence'as, bendradarbiaudamas su savo studentu M. Stanley Livingstonas. Jie sudėjo didelius elektromagnetus į apskritimą ir tada sugalvojo būdą, kaip dalelėms šaudyti per ciklotroną, kad jos paspartėtų. Šis darbas pelnė Lawrence'o 1939 m. Nobelio fizikos premiją. Prieš tai pagrindinis naudojamas dalelių greitintuvas buvo linijinis dalelių greitintuvas,

Nuo tada, kai Lawrence'as dirbo ant ciklotrono, šie bandymo blokai buvo statomi visame pasaulyje. Kalifornijos universitetas Berkeley mieste keletą jų pastatė savo radiacijos laboratorijai, o pirmasis europinis įrenginys buvo sukurtas Leningrade, Rusijoje, Radžio institute. Kitas buvo pastatytas ankstyvaisiais Antrojo pasaulinio karo metais Heidelberge.

Ciklotronas buvo puikus pagerinimas, palyginti su linakais. Priešingai nei linako dizainas, kuriam atlikti prireikė magnetų ir magnetinių laukų, kad būtų galima pagreitinti įkrautas daleles tiesia linija, žiedo nauda dizainas buvo toks, kad įkrautų dalelių srautas praeis per tą patį magnetinį lauką, kurį vėl ir vėl sukuria magnetai, kiekvieną kartą įgaudamas šiek tiek energijos taigi. Kai dalelės gaudavo energiją, jos sudarytų didesnes ir didesnes kilpas aplink ciklotrono vidų ir toliau įgytų daugiau energijos su kiekviena kilpa. Galiausiai kilpa būtų tokia didelė, kad didelės energijos elektronų pluoštas praeitų pro langą, o tada jie patektų į bombardavimo kamerą tyrimui. Iš esmės jie susidūrė su plokštele, ir tai išsibarstė dalelės aplink kamerą.

Ciklotronas buvo pirmasis iš ciklinių dalelių greitintuvų ir suteikė daug efektyvesnį būdą paspartinti daleles tolimesniems tyrimams.

Šiandien ciklotronai vis dar naudojami tam tikrose medicinos tyrimų srityse, o jų dydis svyruoja nuo apytiksliai stalviršių iki pastato dydžio ir didesnių. Kitas tipas yra sinchrotronas akseleratorius, suprojektuotas šeštajame dešimtmetyje ir yra galingesnis. Didžiausi ciklotronai yra „TRIUMF 500 MeV“ ciklotronas, kuris vis dar veikia Britų Kolumbijos universitete Vankuveryje, Britų Kolumbijoje, Kanadoje, ir superlaidžiojo žiedo cikclotrone Rikeno laboratorijoje Japonijoje. Jis yra 19 metrų skersmens. Mokslininkai jas naudoja dalelių, vadinamų kondensuotomis medžiagomis (kai dalelės prilimpa viena prie kitos), savybėms tirti.

Šiuolaikiškesnės kietųjų dalelių greitintuvo konstrukcijos, tokios, kaip antai „Large Hadron Collider“, gali žymiai pranokti šį energijos lygį. Šie vadinamieji „atomų sutriuškintojai“ buvo sukurti tam, kad dalelės būtų pagreitintos labai arti šviesos greičio, nes fizikai ieško vis mažesnių materijos gabalų. Higso Bosono paieškos yra LHC darbo Šveicarijoje dalis. Kiti greitintuvai yra Brookhaveno nacionalinėje laboratorijoje Niujorke, Fermilab mieste Ilinojaus valstijoje, KEKB Japonijoje ir kt. Tai yra labai brangios ir sudėtingos ciklotrono versijos, visos skirtos suprasti daleles, sudarančias materiją Visatoje.