מאיץ הדרונים ליניארי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מאיצי ההדרונים הליניארים (CERN Hadron Linacs) הם מאיצי חלקיקים ליניארים, אשר מאיצים אלומות חלקיקים (לרוב הדרונים) ממנוחה, ובכך מהווים את השלב הראשון בהאצת החלקיקים במערך המאיצים של המרכז לחקר פיזיקת החלקיקים CERN ומהווים מקור חלקיקים למאיצים המעגלים הבאים במערך.

מאיץ חלקיקים ליניארי הוא סוג של מאיץ חלקיקים אשר מאיץ יונים או פרוטונים למהירות גבוהה. פעולה זאת נעשית על ידי העברת החלקיקים דרך סדרה של מוליכים אשר טעונים לסירוגין במטען חיובי ושלילי, כך שהמוליכים מאחוריהם דוחפים את החלקיקים והמוליכים לפניהם מושכים אותם ובכך החלקיקים מואצים. נוסף על כך, מגנטים ארבע- קוטביים פועלים על מנת לרכז את אלומת החלקיקים יחד כך שיעברו כמקשה אחת דרך המוליכים.

Linac 1[עריכת קוד מקור | עריכה]

Linac 1, בשימוש מ-1958 ועד 1992

המאיץ הקווי הראשון של סרן והוא תוכנן בראשית שנות החמישים כדי לשמש כמקור חלקיקים מואצים לסינכרונטרון פרוטון (PS). התכנית המקורית של מאיץ זה תוכננה על מאיץ דומה שב- AERE באנגליה. האצת אלומות החלקיקים הראשונה שלו התרחשה ב-1958. בשנת 1959 המאיץ כבר פעל במלואו הצליח לראשונה להביא את הפרוטונים לאנרגיה של 50 MeV אשר עברו מסביב ל-PS.[1]

משנה זו החלה התפתחות מהירה ואינטנסיבית ושיפור מתמיד של מאיץ זה. התפתחות זו הגיעה לשיאה בשנת 1978 כאשר ניתן היה להגיע לזרם פרוטון מרבי של 70 mA באורכי פולס של 100μs . משנת 1972 ואילך, המאיץ הליניארי 1 לא העביר את הפרוטונים ישר לפרוטון סינכרונטרון (PS) אלא לפרוטון סינכרונטרון בוסטר (PSB). ה- PSB נבנה כדי לאפשר לקרני הפרוטונים להגיע לאנרגיות גבוהות יותר כבר לפני כניסתם ל PS .

Linac 1 היה הספק היחידי של פרוטונים למאיצי הסינכרוטרון של סרן עד linac 2 החליף אותו עליו בשנת 1978. לאחר ש Linac2 החליף את Linac1 בהאצת הפרוטונים בשנת 1978,Linac1 המשיך לשמש כמעין מבחן אמין לפיתוחים חדשים. שימוש זה כלל בדיקה ויישום של תדר רדיו ריבוע כמאיץ הראשוני, וכך החליף בשנת 1984 את הגנרטור Cockcroft–Walton generator המקורי. יתר על כן, פותחו דרכים ליצור ולהאיץ חלקיקי α, אטומי H− ודאוטריום. אטומי H− שימשו כקרני ניסוי ל LEAR . החל מסוף 1986 ואילך, Linac1 שימש גם להאצת יוני חמצן וגופרית.

בשנת 1992 הפסיקו את פעולתו של Linac1.

Linac 2[עריכת קוד מקור | עריכה]

Linac 2, בשימוש מ-1978 ועד 2018, נועד להאיץ פרוטונים

בשנת 1963 הוחלט לבנות מאיץ ליניארי חדש מאחר שהמאיץ Linac1 לא הצליח לעמוד בקצב ההתקדמות הטכנית של המכונות האחרות במתחם המאיץ של .CERN בשנת 1978 החליף Linac2 את Linac1 כמקור העיקרי של קרני פרוטון.[2]

Linac 3, נכון להיום (2019), נועד על מנת להאיץ יונים

מאיץ ליניארי 2 (Linac 2) הוא נקודת המוצא לפרוטונים המשמשים בניסויים ב- .CERN

מקור הפרוטון הוא בקבוק גז מימן בקצה אחד של Linac 2. המימן מועבר דרך שדה חשמלי כדי לנתק את האלקטרונים של אטומי המימן ובכך להשאיר רק את הגרעין שלהם, שהוא פרוטונים, שיכנסו למאיץ. כשהם מגיעים לקצה השני, הפרוטונים הגיעו לאנרגיה של 50 MeV ולפי תורת היחסות של איינשטיין מסתם גדלה ב־5%.. לאחר מכן הם נכנסים למגבר Proton Synchrotron Booster, השלב הבא בשרשרת המאיץ ש CERN אשר לוקח אותם לאנרגיה גבוהה יותר.

אלומות הפרוטונים מוקרנות מבקבוק המימן עד 100 מיקרו-שניות לדופק. הפולסים חוזרים שוב ושוב עד לייצור מספיק של פרוטונים.

Linac 3[עריכת קוד מקור | עריכה]

linac 3 נבנה בתוך המנהרה של לשעבר, לאחר שהוזמן ב 1994. הוא נבנה במיוחד כדי להאיץ יונים כבדים, לאחר שניסוים עם linac 1 ודרישה גוברת מהקהילה המדעית הציעו לבנות חדש אשר יוקדש למטרה זו. החלקיקים המואצים בו הם בעיקר יוני עופרת, המסופקים לניסויי ה LHC, ה- PSB וניסויי יעד קבוע ב SPS ובטבעת היונים באנרגיה נמוכה (LEIR) . לצורך הזמנות, גם יוני חמצן הואצו.[3]

המאיצים הקווים ב- CERN החליפו תפקידים במהלך השנים. לאחר שנבנה Linac2, Linac1 שימש למסירת יונים לניסויים בסופר פרוטון סינכרונטרון. בקרוב היה לחץ לספק יונים כבדים יותר לחקר פלזמה של קווארקים וגלואונים, ולכן הוקם Linac3 הייעודי. זה התחיל בשנת 1994, וסיפק יונים למאיץ Proton Synchrotron Booster) PSB). כעת הוא מזריק יוני עופרת לטבעת היון הנמוכה, שמכינה אותם להזרקה ל- LHC.

Linac3 משתמש בכ־500 מיליגרם של עופרת לשבועיים של ניתוח. במקור החלקיקים ובזמן ההאצה דרך Linac3, אלקטרונים מורחקים. בסופו של דבר, כל האלקטרונים מוסרים והעופרת הופכת לגרעינים חשופים, שקל יותר להאיץ מאשר יונים שלמים.

Linac3 צפוי להיות בשימוש עד לפחות 2022.

Linac 4[עריכת קוד מקור | עריכה]

Linac4 הוא מאיץ ליניארי עתידי שכרגע נמצא בהזמנה. ה- Linac4 נועד להגביר יוני מימן שליליים לאנרגיות גבוהות. הוא אמור להפוך למקור האצת הפרוטון עבור ה- LHC בשנים 20–201920.[4]

Linac 4, מיועד להחליף את Linac 2 ב-2020 ולהאיץ יוני מימן שליליים

המכונה החדשה כוללת מקור H-ion וארבעה סוגים של מבנה מואץ: החלקיקים מואצים בכמה שלבים, תחילה ל־3 MeV על ידי תדר רדיו ריבועי (RFQ), ואז ל־50 MeV על ידי linacs tube drift) DTLs), לאחר מכן ל־100 MeV על ידי צינורות סחף מצמידים-חלל (CCDTLs), ולבסוף ל־160 MeV על ידי מבני .Pi-mode) PIMS) החומרה של Linac 4 כוללת גם ציוד שנקרא קו מסוק. תפקידו לחתוך את האלומה באותה תדר כמו זו של ה- PS Booster.

היונים מורחקים משני האלקטרונים שלהם במהלך ההזרקה מ- Linac 4 במאיץ הפרוטון סינכרונטרון כדי להשאיר רק פרוטונים. זה מאפשר ליותר חלקיקים להצטבר בסינכרונטרון, מפשט את ההזרקה, מפחית את אובדן האלומה בהזרקה ומעניק קרן מבריקה יותר.

אורך Linac4 הוא 86 מטר ונמצא 12 מטרים מתחת לאדמה. קרניים החלו להיות מיוצרות בשנת 2013 ואנרגיית ציון הדרך של 160 MeV הושגה בשנת 2016, לאחר הזמנת כל המבנים המואצים. במהלך הכיבוי הארוך שתוכנן לשנים 20–2019, הוא יחליף את Linac2, שמאיץ כיום פרוטונים ל־50 MeV. ה- Linac4 הוא מרכיב מרכזי בפרויקט להגדלת הזוהר של ה- LHC בעשור הבא.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]