Kaj je Synchrotron?

A sinhrotron je zasnova cikličnega pospeševalnika delcev, pri katerem snop nabitih delcev večkrat prehaja skozi magnetno polje, da pridobi energijo na vsakem prehodu. Ko žarek pridobi energijo, se polje prilagodi, da ohrani nadzor nad potjo žarka, ko se giblje okoli krožnega obroča. Princip je razvil Vladimir Veksler leta 1944, prvi sinhrotron elektronov je bil zgrajen leta 1945 in prvi protoni sinhrotron zgrajen leta 1952.

Sinhrotron je izboljšanje na ciklotrona, ki je bil zasnovan v tridesetih letih prejšnjega stoletja. V ciklotronih se žarek nabitih delcev giblje skozi konstantno magnetno polje, ki usmerja snop po spiralni poti oz. nato pa prehaja skozi konstantno elektromagnetno polje, ki zagotavlja povečanje energije ob vsakem prehodu skozi polje. Ta sunkovita kinetična energija pomeni, da se žarek skozi magnetno polje premika skozi nekoliko širši krog skozi prehod, pridobi še en udarec in tako naprej, dokler ne doseže želenih nivojev energije.

Izboljšanje, ki vodi k sinhrotronu, je, da namesto z uporabo konstantnih polj sinhrotroron uporabi polje, ki se spreminja v času. Ko žarek pridobi energijo, se polje ustrezno prilagodi tako, da drži žarek v središču cevi, ki vsebuje žarek. To omogoča večje stopnje nadzora nad žarkom, napravo pa lahko vgradimo tako, da zagotavlja večjo porabo energije skozi ves cikel.

Ena posebna vrsta sinhrotronske zasnove se imenuje shranjevalni obroč, ki je sinhrotroron, ki je zasnovan izključno za vzdrževanje konstantne ravni energije v snopu. Mnogi pospeševalci delcev uporabljajo glavno strukturo pospeševalnika, da pospešijo snop do želene ravni energije prenesite ga v shranjevalni obroč, ki ga je treba vzdrževati, dokler ga ni mogoče trčiti z drugim žarom, ki se premika v nasprotnem smer. To učinkovito podvoji energijo trka, ne da bi bilo treba sestaviti dva polna pospeševalnika, da bi dobili dva različna snopa do polne energije.

Cosmotron je bil protonski sinhrotron, zgrajen v Brookhaven National Laboratory. Naročena je bila leta 1948, polna moč pa je bila dosežena leta 1953. Takrat je bila to najmočnejša naprava, zgrajena približno približno 3,3 GeV, in je delovala do leta 1968.

Gradnja na Bevatronu v nacionalnem laboratoriju Lawrence Berkeley se je začela leta 1950, dokončana pa je bila leta 1954. Leta 1955 so Bevatron uporabili za odkrivanje antiprotona, dosežka, ki je dobil leta 1959 Nobelovo nagrado za fiziko. (Zanimiva zgodovinska opomba: Imenovali so ga Bevatraon, ker je dosegel energijo približno 6,4 BeV za "milijarde elektrovoltov." SI enotevendar je bila za to lestvico sprejeta predpona giga-, zato se je notacija spremenila v GeV.)

Akcelerator delcev Tevatron pri Fermilabu je bil sinhrotron. Zmogljiv za pospeševanje protonov in antiprotonov do ravni kinetične energije nekoliko manj kot 1 TeV, je bil najmočnejši pospeševalnik delcev na svetu do leta 2008, ko ga je presegel Veliki hadronski trkalnik. 27-kilometrski glavni pospeševalnik na velikem hadronskem trkalniku je tudi sinhrotron in je trenutni sposobni doseči pospeške energije približno 7 TeV na žarek, kar ima za posledico 14 TeV trki.