Akceleratory (pojecie i funkcja)

Akceleratory - są to urządzenia służące do przyspieszenia cząsteczek naładowanych, czyli do nadawania im energii od kilkudziesięciu keV do kilkuset GeV. Akceleratory dzielimy na akceleratory elektronów, jonów, protonów, deutronów, cząsteczek delta oraz jonów atomu innych pierwiastków do uranu włacznie.
Ze względu na sposób przyśpieszenia cząsteczek, a wiec i budowe, akceleratory dzielimy na liniowe i kołowe. Przeprowadzono wiele prób z zastosowaniem różnej geometrii w konstrukcji akceleratorów. Pierścien zapewnia stopniowe przyspieszanie i cząsteczki mogą krążyć wewnątrz niego wiele milionów razy, zanim wystapi oddziaływanie. Niestety naładowane cząsteczki tracą energie na skutek promieniowania powstałego podczas ruchu po krzywej. Maksymalnie zredukowanie tego niepożadanego efektu wymaga zbudowania wirazy o wielkim promieniu luku, sięgającym 5-ciu, a nawet 15km. Poruszanie się po lini prostej usówa te niedogodność. Pociąga jednak konieczność stosowania bardzo wydajnych sposobów przyspieszania, bowiem cząsteczka przebiega przez urządzenie tylko jeden raz.
W akceleratorach liniowych przyspieszane czasteczki poruszają się po liniach prostych, przechodząc przez każdy punkt toru jednokrotnie. Przyspieszanie zachodzi w stałym polu elektrostatycznym lub też, przy czym wielokrotnie przechodzą przez pole magnetyczne, działające prostopadle do płaszczyzn ich toru, przy czym wielokrotnie przechodzą przez przyspieszające pole elektryczne, wytwarzane w rezonatorze wielkiej częstotliwości, uzyskując w ten sposób za każdym razem nową porcje energii. Wyjątek stanowi betatron, w którym proces przyspieszania elektronów nie odbywa sie "na raty", lecz w sposób ciągly, a zjawisko indukcji pola elektromagnetycznego jest wykorzystywane zarowno do zakrzywiania toru cząsteczek, jak i do ich przyspieszania za pomocą wirowego pola elektrycznego. Obecnie technika akceleracji pozwala na magazynowanie przez wiele godzin cząsteczek przyspieszonych do wysokich energii w piescieniowych komorach próżniowych , stanowiących tzw. pierscienie przeciwswobne lub pierscienie akumulacyjne.
Zderzanie cząsteczek z dwóch przeciwbieżnych wiązek pozwalają uzyskąc pełną energie cząsteczek w układzie ośrodka masy.
2.AKCELERATORY NA ŚWIECIE.

Wobec koniecznosci rozwiazania problemu jaki stanowia coraz większe akceleratory kołowe obecne badania koncentruja sie wokół rozwoju akceleratorów liniowych. Prowadzi sie studia nad nowymi technikami przyspieszenia takimi jak : lasery, nadprzewodzące magnesy generujące bardzo wielki pola magnetyczne badz wytwarzane przez niekture wiazki tzw. pola sladowe, które jak sie zdaje, zdolne są spowodować przyspieszenia przewyszajace dziesięciokrotnie otrzymane dziś rezultaty.
Trzy podstawowe dziedziny techniki uczestniczą dziś bezposrednio w ewolucji akceleratorów.
- elektronika, której zadaniem jest wynalezienie nowych niezbędnych dla detektorów ukladów i umożliwienie automatyzacji urządzeń;
- technika próżni, która ma zapewnic w rurze akceleracyjnej ciśnieie rzędu jednej miliardowej milibora;
- technika nadprzewodnictwa - oparta o zjawisko zanikania oporu elektrycznego w bardzo niskich temperaturach, która umożliwia przepuszczanie silnych prądow w przewodnikach przy minimalnych stratach energii.
Mimo, że istnieje zaledwie dziesieć bardzo dużych akceleratorów instytuty badawcze i labolatoria fizyki wielkich energii mieszczą się we wszystkichwysoko uprzemysłowionych krajach.
Do urządzeń o największej mocy należą obecnie:
-TEVARON z FERMILAB w Chicago,
-LEP - własność CERN w Genewie,
-UNK - w budowie - w Sierpuchowie,
-SSC - największy, który zostanie zainstalowany w WAXAHACHIE,
na południe od Dallas



Akcelerator LEP jest największym działającym zderzaczem cząstek elementarnych na świecie. W pierścieniu o obwodzie 27 km, znajdującym się około 100 m pod ziemię, paczki elektronów i pozytonów (antyelektronów) krążą w przeciwnych kierunkach przyspieszone prawie do prędkości światła.

Gdy elektron i pozyton znajdują się dostatecznie blisko siebie, to znikają w procesie anihilacji, pozostawiając po sobie po prostu energię. Prawie natychmiast energia ta zamienia się z powrotem na cząstki elementarne w taki sam sposób, jak działo się to w okresie powstawania Wszechświata.

W czterech symetrycznych punktach pierścienia zderzacza paczki cząstek są ogniskowane do grubości włosa tak, aby zderzenie nastąpiło w środku jednego z czterech eksperymentów. Każda paczka zawiera około stu miliardów (1011) cząstek, ale średnio tylko jedno na czterdzieści tysięcy zderzeń pomiędzy paczkami prowadzi do pożądanego zderzenia "czołowego" elektronu z pozytonem. Z tego powodu paczki te krążą w akceleratorze godzinami i każda z nich przebywa więcej niż 10000 okrążeń na sekundę.
Akcelerator LEP rozpoczął pracę latem 1989 roku i przez sześć lat dobierano dokładnie energię krążących w nim cząstek, tak by możliwe było wyprodukowanie neutralnego nośnika oddziaływań słabych - bozonu Z0. Od jesieni 1995 roku energia była dalej zwiększana aż do uzyskania energii prawie dwa razy większej niż początkowa. W lecie 1996 roku LEP uzyskał wartości energii potrzebną do wyprodukowania pary naładowanych nośników oddziaływań słabych - bozonów W+ i W-. Detekcja milionów cząstek Z0 i setek cząstek W+ i W- pozwoliła eksperymentom przy akceleratorze LEP na bardzo precyzyjne testy Modelu Standardowego cząstek i ich oddziaływań.