משתמש:טוקיוני/מאיץ חלקיקים

מאיץ החלקיקים על שם קופלר במכון ויצמן בתכנון אדריכל משה הראל

מאיץ חלקיקים הוא מתקן המקנה אנרגיה קינטית גבוהה לחלקיקים על ידי הגברת מהירותם.

מאיצי חלקיקים נבנו במקור לצורך מחקרים בפיזיקה גרעינית ובפיזיקת חלקיקים, והביאו לרצף של פריצות דרך ותגליות משמעותיות בתחומים אלו הכוללות יצירתם של חומרים חדשים רבים (איזוטופים רדיואקטיביים), וגילויים של חלקיקים בסיסים חדשים רבים - תגליות שהובילו לפיתוח המודל הסטנדרטי ולאחר מכן לביסוסו. מאיצי החלקיקים הגדולים בעולם היום עוסקים זה בחיפוש אחר חלקיקי ההיגס (החלקיקי היחיד שנובע על ידי המודל הסטנדרטי ועוד לא התגלה), בחקר פלסמת הקוארק גלואון (שהיא מצב החומר שהיה שרוי ביקום רגעים ספורים לאחר המפץ הגדול), בחיפוש אחר חלקיקים שנמצאים מחוץ למודל הסטנדרטי כגון חלקיקים המנובאים על ידי תורת הסופר-סימטריה וחלקיקים המרכיבים את החומר האפל, ובנוסף המאיצים מחפשים אחר גילויים היכולים לאמת את תורת המיתרים - המנבאת את קיומם של מימדים נוספים בעולמנו.

בנוסף למחקרים אלו מאיצים חליקיקים זוכים למספר גדול של יישומים בתחומים אחרים. בארכאולוגיה נעשה במאיצים שימוש לתארוך באמצעות פחמן-14, ושיטה זאת הינה השיטה המדויקת ביותר היום לבסס את גילם של ממצאים ארכאולוגיים. במדעי כדור הארץ נעשה במאיצים שימוש לצורך תיארוך של עצמים בסקלות זמן של מיליוני שנים, מה שמאפשר ללמוד על התפתחות כדור הארץ. קרינת הסינכוטרון, הנוצרת על ידי אלקטרונים המוצאים במאיצים משמשת לקריסטלוגרפיה, ומהווה את השיטה החשובה ביותר כיום לחקר המבנה של חלבונים. מאיצים משמשים לטיפול בסרטן בזכות היכולת שלהם למקד את החלקיקים במדויק על הגידול הסרטני ללא נזק לסביבתו. למאיצים ישנם גם שימושים ביטחוניים כגון גילויים של חומרי נפץ.

טכנולוגיות שקדמו למאיצים

הטכנולוגיה של מאיצי החלקיקים מקורה בניסויים בשפופרות קתודיות, וכן במקורות טבעיים של חלקיקים מהירים כמו קרינה קוסמית ומקורות רדיוקאטיביים.

שפופרות קתודיות

ערך מורחב – שפופרת קתודית

שפופרת קטודית הינה מיכל סגור, ריק מאוויר או מלא בגז, שבתוכו קבועות שתי אלקטרודות - קתודה ואנודה. כאשר מפעילים מתח גבוהה בין שתי האלקטרודות נוצר זרם בינהם, הנקרא קרינה קתודית. קרינה זאת מורכבת מאלקטרונים הנפלטים מהקתודה ומואצים אל אנרגיה השווה להפרש הפוטנציאל שבין האלקטרודות. ניסויים בשפופרות קתודיות הביאו לגילוי האלקטרון, גילוי קרינת הרנטגן והאפקט הפוטואלקטרי. ניסויים אלו הביאו גם לשורה של פיתוחים טכנולוגיים הכוללים את הדיודות האלקטרוניות הראשונות והטלויזיות. בניסויים בשפופרות קתודיות פותחו שורה של אמצעים טכנולוגיים אשר שימשו לבניית מאיצים הכוללי:גילוי דרכים שבהם ניתן לכוון קרן של חלקיקים טעונים בעזרת שדות חשמליים ומגנטיים, גילוי תופעת הפוספורנציה המאפשרת למדוד את נקודת הפגיעה של חלקיקים טעונים, חקר תופעת הפליטה התרמיונית המאפשרת יצירת זרם גבוהה של אלקטרונים ועוד.

ניסויים בקרינה קוסמית

ערך מורחב – קרינה קוסמית

ניסויים עם מקורות רדיואקטיביים

ערך מורחב – קרינה רדיואקטיבית

סוגי מאיצים

האצת חלקיקים יכולה להתבצע על ידי שדות חשמליים נייחים או משתנים בזמן. האצה על ידי שדות חשמליים נייחים מתבצעת על ידי ייצור היונים באזור הנמצא במתח גבוהה, מתח הדוחה את היונים ומאיץ אותם לעבר האזור הנמצא במתח נמוך (באדמה). בשיטה זאת נעשה שימוש במאיץ הואן דה גרף, הטנדם והפלטרון - באופן זה ניתן להאיץ יונים לאנרגיות של כמה עשרות מליוני אלקטרון וולט. שיטה אחרת מתבססת על האצה של חלקיקים בעזרת שדות המשתנים בזמן (RF). בעזרת שדות משתנים ניתן בהדרגה להגביר את מהירותם של היונים וניתן להגיע למהירויות גדולות על ידי ביצוע ההגברה פעמים רבות. בהתאם מאיצים המסתמכים על שדות משתנים בזמן מתחלקים למאיצים לינארים העושים שימוש במקטעי RF רבים, ולמאיצים מעגליים שבהם היונים מבצעים מסלול מעגלי וכך עוברים דרך מקטעי ה-RF פעמים רבות. על סוג זה של מאיצים נמנים הסינכרוטרון והציקלוטרון. במאיצים העושים שימוש בשדות משתנים בזמן ניתן להגיע לאנרגיות גבוהות בהרבה, כאשר השיא הנוכחי הוא אנרגיה קינטית של 14 טרה אלקטרון וולט - שהושגה במאיץ ה-LHC בצרן.

ציקלוטרון

ערך מורחב – ציקלוטרון

http://cerncourier.com/cws/article/cern/28138

מאיצים לינארים

http://cerncourier.com/cws/article/cern/27981 -linac competitor for cern

גלאים

GEM

שימושים במאיצים

פיסיקה גרעינית

http://cerncourier.com/cws/article/cern/28066 -production of heavy nuclei

טיפול בסרטן

aticle about cancer treatment

http://cerncourier.com/cws/article/cern/27920 Cancer treatment in GSI

מאיצי חלקיקים בישראל

http://cerncourier.com/cws/article/cern/27958 - gravitational waves

http://cerncourier.com/cws/article/cern/27982 - kamiokande

http://cerncourier.com/cws/article/cern/28180 - Wilson