המאיץ הליניארי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
תא גלילי שדרכו עוברים הפרוטונים במאיץ הליניארי
בקבוק גז המימן שנמצא בתחילת המאיץ הליניארי. זהו המקור לפרוטונים המואצים
תא גלילי שדרכו עוברים הפרוטונים במאיץ הליניארי

LINAC2 הנו מאיץ חלקיקים ליניארי הנמצא במרכז לחקר פיזיקת חלקיקים CERN, ומהווה את המאיץ הראשון בשרשרת המאיצים של CERN עבור חלקיקים תת-אטומיים טעונים או של יונים (פרוטונים או גרעיני עופרת) המשמשים בניסויים המתבצעים במקום זה.

אופן הפעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקור הפרוטונים הוא בקבוק של גז מימן בהתחלה של LINAC2. המימן עובר דרך שדה חשמלי כדי ליינן אותו (להוציא ממנו את האלקטרונים) ולהשאיר רק פרוטונים שייכנסו למאיץ. עד שהפרוטונים מגיעים לקצה השני, הם מגיעים לאנרגיה של 50 MeV (חמישים מגה אלקטרון וולט).

מוציאים את אלומות הפרוטונים מבקבוק המימן במשך זמן של עד 100  מיקרו-שניות לכל פולס. הפולסים חוזרים על עצמם שוב ושוב עד שיש מספיק פרוטונים במכלים.

מערכת קטנה של שני זוגות קטבים מגנטיים או חשמליים שווים ומנוגדים מוודאת שהפרוטונים מרוכזים יחדיו ולא מתפזרים זה מזה.

במאיץ הליניארי יש שרשרת של תאים גליליים אשר נטענים על ידי תא תדר-רדיו, ושם החלקיקים מואצים. החלקיקים עוברים דרך התאים, שטעונים במטען חיובי או שלילי לחלופין. התאים שמאחורי החלקיקים טעונים במטען זהה למטען החלקיקים המואצים וכך דוחים אותם ודוחפים אותם, והמכלים שאחרי החלקיקים טעונים במטען שונה מהם וכך מושכים אותם- באופן זה הם מואצים. כאשר האלקטרונים מגיעים לפער הבא בשלב הנכון של מתח תדירות הרדיו, הם מואצים שוב ומקבלים אנרגיה כפולה מאשר זו שהיו מקבלים אם היו מואצים בבת אחת.

למסת החלקיק יש השפעה גדולה על אורך התא הגלילי (שיכולה להגיע לאורך של 30 מטר): ככל שהמסה קטנה יותר, כך תהיה פחות אנרגיה קינטית ולכן אורך הגליל יהיה קצר יותר.      

לדוגמה, מסת האלקטרון קטנה ממסת הפרוטון ועל כן לאלקטרון יש פחות אנרגיה קינטית מאשר לפרוטון, אף שמהירותם זהה. חוץ מלהתאים את אורך התאים כך שכל אחד ארוך יותר מקודמו בגלל המהירות המתגברת של החלקיק, יש להתאים את השדה האלקטרומגנטי ואת מהירות החלקיק המואץ בכל שלב.

לאחר מכן הם מגיעים לבוסטר הסינכוטרון ("התחנה הבאה" של החלקיקים ב-CERN), שם הם מגיעים לרמה גבוהה יותר של אנרגיה.

לגודל המתח החשמלי שבתא קיים גבול מסוים שאם עוברים אותו יש הפרעה חשמלית שגורמת ליציאת אלקטרון מהמשטח הטעון. כדי להאיץ את האלקטרון למהירות הרצויה (הקרובה למהירות האור) דרוש מתח רב, אך לא ניתן לתת אותו בבת אחת, אלא צריך לתת אותו בחלקים כאשר בכל חלק ניתן לחלקיקים את המתח המרבי שנוכל לתת בלי שתתרחש הפרעה חשמלית.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

עקרונות המאיץ הוצעו על ידי גוסטב איסינג בשנת 1924. המאיץ הראשון נבנה על ידי רולף ווידרו בשנת 1928, שהוכיח שהאלקטרונים יכולים להיות מואצים דרך שפופרת בעזרת מתח המשתנה על ידי תדירות רדיו. ווידרו מצא שיש להפריד אזורים של השפופרת, כך שהאלקטרונים יהיו מואצים על ידי שדה חשמלי כאשר הם עוברים את הפער בין האזורים. הרעיון שלו היה מערך ליניארי ארוך של האצה ב"תאים" על ידי תדירויות רדיו בתחום של ג'יגה הרץ. מאיץ החלקיקים הליניארי הוא הרחבה של רעיון זה.

LINAC2 החליף את המאיץ LINAC הראשון בשנת 1978. הוא נבנה במקור כדי לאפשר לאלומות החלקיקים המואצות בו להיות בעלות אנרגיה  גבוהה יותר בשביל המאיצים הנמצאים בשרשרת ההאצה אחר LINAC2 ב-CERN. מאיץ זה יוחלף בשנת 2020 על ידי המאיץ LINAC4.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא המאיץ הליניארי בוויקישיתוף