EN synkrotron er et design af en cyklisk partikelaccelerator, hvor en stråle af ladede partikler passerer gentagne gange gennem et magnetfelt for at få energi på hver passage. Når bjælken får energi, justeres feltet for at opretholde kontrol over strålens bane, når den bevæger sig rundt i den cirkulære ring. Princippet blev udviklet af Vladimir Veksler i 1944 med den første elektronsynkrotron bygget i 1945 og den første proton synchrotron bygget i 1952.
Sådan fungerer en Synchrotron
Synkrotronen er en forbedring af cyklotron, der blev designet i 1930'erne. I cyclotroner bevæger strålen med ladede partikler sig gennem et konstant magnetfelt, der fører strålen i en spiralbane, og passerer derefter gennem et konstant elektromagnetisk felt, der tilvejebringer en stigning i energi på hver passage gennem feltet. Denne ujævnhed i kinetisk energi betyder, at strålen bevæger sig gennem en lidt bredere cirkel på passagen gennem magnetfeltet, får en anden stød osv., Indtil den når de ønskede energiniveauer.
Den forbedring, der fører til synkrotronen, er, at i stedet for at bruge konstante felter, anvender synkrotronen et felt, der ændrer sig i tiden. Når bjælken får energi, justeres feltet i overensstemmelse hermed for at holde bjælken i midten af røret, der indeholder strålen. Dette muliggør større grader af kontrol over bjælken, og enheden kan bygges til at give flere stigninger i energi gennem en cyklus.
En bestemt type synkrotrondesign kaldes en opbevaringsring, som er en synkrotron, der er designet til det eneste formål at opretholde et konstant energiniveau i en bjælke. Mange partikelacceleratorer bruger hovedacceleratorstrukturen for at accelerere strålen op til det ønskede energiniveau overfør den til opbevaringsringen, der skal opretholdes, indtil den kan kollideres med en anden bjælke, der bevæger sig modsat retning. Dette fordobler effektivt kollisionen uden at skulle bygge to fulde acceleratorer for at få to forskellige bjælker op til det fulde energiniveau.
Major Synchrotrons
Cosmotronen var en protonsynchrotron, der blev bygget på Brookhaven National Laboratory. Det blev taget i brug i 1948 og nåede fuld styrke i 1953. På det tidspunkt var det den mest kraftfulde enhed, der blev bygget, ved at nå energier på ca. 3,3 GeV, og den forblev i drift indtil 1968.
Byggeriet på Bevatron ved Lawrence Berkeley National Laboratory begyndte i 1950, og det blev afsluttet i 1954. I 1955 blev Bevatron brugt til at opdage antiprotonen, en præstation, der fik Nobelprisen i fysik fra 1959. (Interessant historisk note: Det blev kaldt Bevatraon, fordi det opnåede energier på ca. 6,4 BEV, for "milliarder af elektronvolt." Med vedtagelsen af SI-enhedermen præfikset giga- blev vedtaget for denne skala, så notationen blev ændret til GeV.)
Tevatron-partikelacceleratoren ved Fermilab var en synchrotron. I stand til at fremskynde protoner og antiprotoner til kinetiske energiniveauer lidt under 1 TeV, det var den mest kraftfulde partikelaccelerator i verden indtil 2008, da den blev overgået af Stor Hadron Collider. Den 27 kilometer lange accelerator på Large Hadron Collider er også en synkrotron og er nuværende i stand til at opnå accelerationsenergier på cirka 7 TeV per stråle, hvilket resulterer i 14 TeV kollisioner.