משתמש:Orenrorberg/ קירור אלקטרונים

קירור אלקטרונים

"קירור אלקטרונים" הוא תהליך של קירור אלומות יונים באמצעות אלומת אלקטרונים. זוהי שיטה שימושית מאוד להשגת אלומת חלקיקים טעונה בעצמה גבוהה, תוך התפשטות נמוכה של תנע. בשיטה זו, צפיפות מרחב הפאזה של אלומת חלקיקים טעונה, גדלה. צפיפות זו גדלה כתוצאה מחיכוך קינטי (או בעזרת כוח גרר שנוצר כתוצאה מהמהירות) שפועל על יונים יחידים, המבצעים "התנגשות קולון" עם האלקטרונים. אנרגיית חום מועברת אפוא מהחלקיקים לאלקטרונים תוך כדי התנגשות, וכך אלומת החלקיקים מתקררת.

היסטוריה

השיטה הומצאה על ידי גרש בודקר ב - INP (מכון בודקר לפיזיקה גרעינית בנובוסיבירסק, רוסיה) ב- 1996 במטרה להגביר את קצב ההתנגשויות במאיצי ההדרונים. היא נבדקה לראשונה ב-1974 עם 68 Mev פרוטונים בטבעת האחסון "NAP-M" שנמצאת ב-"INP".

מכון בודקר לפיזיקה גרעינית

דרך פעולה

קירור אלקטרונים עובד כך:

• נוצרת אלומת אלקטרונים צפופים-מונו-אנרגטיים שמתמזגת עם אלומת היונים וגורמת להתקררותה (של אלומת היונים).

• מהירות האלקטרונים משתווה למהירותם הממוצעת של היונים לאחר מספר שניות.

• היונים מבצעים "התנגשות קולון" ב "גז" האלקטרונים ומחליפים תנע עם האלקטרונים. שיווי המשקל התרמודינמי מושג כאשר לחלקיקים יש אותו התנע (ככל שהמסה של האלקטרונים קטנה יותר, כך מהירותם צריכה להיות גדולה יותר), וכתוצאה מתהליך ההתנגשות, אנרגיית חום מועברת מהיונים לאלקטרונים (כאשר משתמשים במונח "קירור אלקטרונים", נוח להשתמש בתאוריה של גזים אידיאליים. במסגרת החלקיקים, קרן אלקטרונים יכולה להיות מיוצגת על ידי "גז אלקטרונים" גז יונים חם שמתקרר באינטראקציה עם גז אלקטרונים).

• לבסוף אלומת האלקטרונים מתעקמת ונפרדת מאלומת היונים.

שימושים

לשיטת קירור אלקטרונים שימושים רבים בתחומים של "פרוטון בעל אנרגיה נמוכה" ו-"טבעות אחסון יונים". אלומות יונים מקוררות מאפשרות ניסויים תחת תנאים שלא היו מתאפשרים ללא אלומות אלה. ייצור ואחסון של גרעיני אטומים ושל איזוטופים שקיימים לאורך זמן קצר, דיוק גבוה של מדידת זמן חיים של רדיונוקליד ושל מסת איזוטופים, ושימושים רבים נוספים מתאפשרים הודות לשיטה זאת.

CERN Institute In Geneva

בשיטה זו נעשה שימוש ב-״מאיץ יונים כבד יחסית״ (“BNL, Upton, New York") וב-״טבעת אלקטרונים בעלת אנרגיה נמוכה״ שב - CERN.

עתיד

ההבנה אודות קירור אלקטרונים, גם מבחינה תאורטית וגם מבחינה מעשית, הגיעה כעת לרמה כזו שנותרו רק שאלות ספורות לענות עליהן וספקות מועטים לגבי שיטה זו.

כיום מדובר על פיתוחים ושיפורים עתידיים של השיטה, וגם על יישום "סדר הקרן המקבילה המשולבת" לפיזיקה אטומית (Helmut 1990).

ראו גם

• רכיב קירור אלקטרונים חדש במכון המאוחד למחקר גרעיני
• תאוריית קירור אלקטרונים - אוניברסיטת קורנל
• המחשה של קירור אלקטרונים
• קירור אלקטרונים בסרן, בעבר, ועד היום

קישורים חיצוניים

• Helmut, P. 1990, “Electron cooling: Theory, experiment, application “, Physics Reports, Volume 196, Issue 3-4, p. 135-297.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0370157390900409

• Vsevolod, K. 2015, “introduction to electron cooling”  Forschungszentrum Jülich, IKP-4, COSY Belgian Dutch German graduate school in particle physics 2015.

https://indico.cern.ch/event/357886/contributions/849347/attachments/1148562/1647628/EC.pdf

• “electron cooling”, “Wikipedia”.

https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_cooling

• ”A V Fedotov, I Ben-Zvi, D L Bruhwiler, V N Litvineko and A O Sidori, 2006, “High-energy electron cooling in a collider”, “IOPscience.

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/8/11/283