מאיץ חלקיקים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מאיץ החלקיקים על שם קופלר במכון ויצמן למדע, בתכנון אדריכל משה הראל

מאיץ חלקיקים הוא מתקן המגביר את מהירותם של חלקיקים על ידי העברתם בשדות חשמליים ומגנטיים. הגברת המהירות שקולה למתן אנרגיה קינטית גבוהה לחלקיקים, המאפשרת ביצוע ניסויים פיזיקליים מגוונים.

בחלק ממאיצי החלקיקים גורמים להתנגשות של חלקיקים נעים במטרה נייחת או בחלקיקים נעים אחרים. את ההתנגשות מכוונים כך 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. אנרגיית התנגשות גבוהה יותר מאפשרת הצצה עמוקה יותר למבנה החומר וכוחות היסוד. בין השאר התגלו באמצעות מאיץ חלקיקים בוזוני W ו-Z והיסודות קליפורניום ומנדלביום.

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 שווייץ-צרפת (מרכז המחקר האירופי לפיזיקת חלקיקים), ובארצות הברית (פרמילאב). היקף הטבעת הגדולה ביותר במאיץ LHC 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 קווי - אלקטרונים מואצים דרכו בהשפעת מתח חשמלי. תותח אלקטרונים הוא מרכיב בשפופרת קרן קתודית שהייתה בשימוש נרחב בטלוויזיות ובצגי מחשב עד תחילת המאה ה-21.

שימושים אחרים של מאיצי חלקיקים[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאשר חלקיק טעון כגון אלקטרון נע במעגל (כלומר מאיץ צנטריפטלית), נפלטת קרינה אלקטרומגנטית המכונה קרינת סינכרוטרון. בקרינה זאת ניתן להשתמש לצורך ניסויים שונים. בשנים האחרונות נבנו מספר מאיצי אלקטרונים שלא על מנת לחקור חלקיקים אלמנטריים,‏[1] 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.

מאיצים בישראל[עריכת קוד מקור | עריכה]

מאיץ ע"ש ואן-דה-גראף, 3MeV, במכון ויצמן, בשנת 1959

בישראל היה קיים מאיץ ותיק במכון ויצמן, שהחלו בהפעלתו ב-1976 וכבר אינו בשימוש כיום‏‏.‏[2]

מאיץ זה הינו מאיץ יונים קווי, 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 למחולל ואן-דה-גראף), 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 לצורכי הניסוי שנערך. האנרגיה שהמאיץ מעניק ליונים בעלי מטען חשמלי של אלקטרון אחד היא 28 מא"ו, והיונים מואצים בו למהירויות של אחוזים בודדים ממהירות האור.

במרכז למחקר גרעיני בנחל שורק הושק מאיץ חלקיקים קווי, בשם שרף (Soreq Applied Research Accelerator Facility), בשלהי 2012. בתצורתו הסופית יואצו בשרף פרוטונים ודויטרונים לאנרגיות של עד 40 מא"ו. בנוסף למחקר בסיסי יינתנו בו שרותי רדיוגרפיה ודיפרקציה של נייטרונים ויפותחו בו שיטות לייצור איזוטופים לשימושים רפואיים‏[3].

מתקן לייזר אלקטרונים חופשיים (FEL) נסיוני ממוקם באוניברסיטת אריאל ‏‏‏[4].

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ עמוד האודות באתר המתקן האירופי לקרינת סינכרוטרון (ESRF)
  2. ^ Koffler Accelerator, באתר מכון ויצמן
  3. ^ SARAF Accelerator, באתר מכון ויצמן
  4. ^ מרכז ידע FEL - מקורות ושימושים, באתר ‏אוניברסיטת אריאל