Wstęp do fizyki jądrowejTomasz Pawlak, 2009

24-06-2007

część 3 akceleratory

akceleratory

urządzenia wytwarzające strumienie naładowanych

cząstek o (odpowiednio) dużej energii

izotopy radioaktywne

źródła naturalne

promieniowanie kosmiczne

reaktory jądrowe

źródła sztuczne

akceleratory

akceleratory

cząstki: e, p, d, , jon

parametry energia: E, E/A

natężenie wiązki

źródło

cząstekakcelerator system

transport

u

target

detektortrigger

dst

daq

akceleratory elektrostatyczne

V0

4V0

generator kaskadowy,

Cockroft, Walton (1932)

• maksymalnie V = 3 MV

• wyładowania…

• … akceleracja wstępna

V = 10 MV T = 10 MeV

Cockcroft,

Walton

NB:

1932 – pierwsze rozbicie jądra: 1H + 7Li 2 (300 kV)

akceleratory elektrostatyczne

+ +

+

+

+

+

+

+ + +

++

+

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+

+

+

generator Van de Graaffa

(1935)

• maksymalnie V = 20 MV

• ciśnienie 500 hPa

• …podwójny Van de Graaff

Van de

Graaff

tandem

akcelerator liniowy

generator linie opóźniające

impulsowy!Los Alamos, protony 800 MeV

2miles u Stanforda, elektrony 20 GeV

samoogniskowanie

liniowy

cyklotron

B

r

mvqvB

2

m

qBrv

qB

m

v

rT

22

nie zależy od r !

m

qB

T

2

1

częstotliwość cyklotronowa

(rezonansowa)

222

max

kin2

1RB

m

qE nie zależy od amplitudy AC

np.

1931 R = 12.5 cm

B = 1.3 T

= 20 MHz

Ep = 1.2 MeV

• synchrocyklotron

• betatron

cyklotron

kompleks

synchrotron

injektorwyprowadzenie

wiązki

dipol

magnetyczny

wnęka

ogniskowanie

kolajder

...by mieć protony o energii w środku masy 40 MeV:

20 MeV 20 MeV

800 MeV

tak działa kolajder...

BNL

Relativistic Heavy Ion Collider

0.997 · c

0.99995 · c

0.37 · c

0.05 · c

RHIC

Northrop Grumman

w RHIC’u

197Au 197Au

A · 100 GeV A · 100 GeV

~ 40 TeV !

magnesy

wnęki RF

gorączka złota...

kriogenika ciekły hel

próżnia 5 · 10-10 tor

tunel 3.8 km

dipole 288 · 9.7 m, 3.45 T

kwadrupole 276

1 g złota / 20 y 20 tys.

miasto

gold rush

czas ładowania 10 h

akceleracja 1 min

okres rotacji 10.8 s

rozmiar paczki 220 ns

(1011 ładunków)

świetlność 2 · 1026/cm2s Au, 100 GeV · A

1031/cm2s p, 250 GeV

co kilka dni wymiana

~ 40 TeV !

Large Hadron Collider, 2007?

LHC

dipol

tevatron

(...)

• wiązki promieniotwórcze

• wiązki spolaryzowane

• wiązki wtórne

• promieniowanie synchrotronowe

• medycyna

glossaryaccelerator

(tandem) generator

linac (linear acc)

radio-frequency cavity

cyclotron

synchrocyclotron

betatron

synchrotron, proton synchrotron

booster

collider

storage ring, stochastic cooling

beam, beam pipe, beam focusing, transport

polarised, radioactive, secondary beam

(negative) ion source, bunches, (fixed) target

injector, deflector

synchrotron radiation

focusing, bending, kicking magnet

particle factory