Accelerators rārangi o matūriki i ako. Ka rite ki te mahi accelerators matūriki. Aha accelerators matūriki?

Ko te whakatere o matūriki i ako - he pūrere ai te kurupae o electrically whakatupato matūriki ngota ira ranei haere i tata te tere. Ko te pūtake o tana mahi ko te hua tika ratou pūngao e te mara hiko , me te huri i te trajectory - autō.

He aha e accelerators matūriki?

E whānui ana ēnei whakaaro e whakamahia ana i roto i te mara ngā o te pūtaiao me te ahumahi. Ki te rā, te ao i reira he neke atu i te 30 mano. Hoki nga ahupūngao o accelerators matūriki i ako te mahi rite te taputapu o te rangahau taketake i runga i te hanganga o ngā ngota, te āhua o ope karihi me ngā āhuatanga karihi, e kore e nei puta fakanatula. ngā te whakamutunga transuranic me ētahi atu āhuatanga iu.

Ki te riro i te ngongo rere kua taea ki te whakatau i te tiaki motuhake. E whakamahia accelerators matūriki i ako hoki mo te hanga o radioisotopes, i roto i te Radiography ahumahi, iraruke, mo te sterilization o ngā rauemi koiora, me i roto i te tātari radiocarbon. Kei te whakamahia te wae nui i roto i te ako o ngā taunekeneke taketake.

ko te iti rawa i o matūriki whakatere ki tere tata ki te te ora o te matūriki i ako i te okiokinga ki te faatura ki te whakatere tere o te marama. haapapu tenei te nui āhua iti o teihana wā. Hei tauira, i CERN kua tutuki te hua i roto i te ora o te tere 0,9994c muon 29 ngā wā.

titiro ana tēnei tuhinga i te mea i roto a te mahi whakatere matūriki, tona whanaketanga, momo rerekē me ngā āhuatanga rerekē.

te mau parau tumu whakaterenga

Noa'tu o te mea ahua o accelerators matūriki i ako matau koutou, kua ratou katoa huānga noa. Tuatahi, me whai e ratou he puna o irahiko i roto i te take o te ngongo pouaka whakaata pikitia ranei ngā irahiko, iraoho me o ratou antiparticles i te take o tāuta nui. I tua atu, Me whai katoa ratou mara hiko ki te whakatere matūriki me mara autō ki te whakahaere i to ratou poroāwhio. I tua atu, i te mārua i roto i te whakatere matūriki i ako (10 ^-11 mm HG. V.), M. E. He rahinga iti o te rangi wäriu, e hiahiatia ana te ki te whakarite roa he kurupae wā ora. I te pae hopea, Me whai tikanga rēhita, te tatau me te ine o te matūriki whakatere nga tāuta katoa.

whakatupuranga

E kitea irahiko me iraoho, e e tino whakamahia nuitia i roto i accelerators, i roto i nga rauemi katoa, engari i te tuatahi me ratou tīpako i ratou. Irahiko nuinga e hangaia i roto i te ara ano e rite ana i roto i te ngongo pikitia - i roto i te pūrere e kiia nei ko te "pū". Ko te pitoiho (kawehiko tōraro) i roto i te korehau, i te mea wera ki te kāwanatanga i reira tīmata irahiko ki mai atu nga ngota. E ngā matūriki tōraro whakatupato ki te pitoake (kawehiko pai) ka haere i roto i te putanga. Ko te pū iho ko māmā rite te whakatere no te mea kei te neke nga irahiko i raro i te mana o te mara hiko. Ko te ngaohiko i waenganui i te pitoiho me pitoake, te nuinga i roto i te whānuitanga 50-150 kV.

I tua atu i irahiko i roto i ngā rauemi katoa i roto iraoho, engari anake te karihi iraoho kotahi tito o ngota hauwai. Na reira, ko te pūtake matūriki mō accelerators iraoho he hau hauwai. I roto i tenei take, ionized te hau e, a kei nga iraoho i roto i poka. I roto i te accelerators nui e maha iraoho i hanga i roto i te puka o ngā katote tōraro hauwai. tohu ratou he irahiko atu i ngā ngota e ko te hua o te ionization hau diatomic. Mai te katote hauwai tōraro whakatupato i roto i nga wāhanga tuatahi o te mahi māmā. Na ka haere ratou i roto i te konumohe kikokore, i tangohia atu ratou o irahiko i mua te wā whakamutunga o te whakatere.

whakaterenga

Ka rite ki te mahi accelerators matūriki? He āhuatanga matua o katoa o ratou ko te mara hiko. Ko te tauira māmā - te kākahu mara pateko i waenganui i nga moe, pai, me te kino hiko, rite ki taua i te vai i waenganui i nga terminals o te pūhiko hiko. kitea tēnei mara irahiko e mau ana i te tiaki tōraro te ki te ope e tataki reira ki te pūmanawa pai. whakatere te reira i te reira, a ki te mea he tetahi e pai tu i roto i te ara, tana tere, me te mana hua. Irahiko neke ki te pūmanawa pai i runga i te waea ranei i roto i te rangi, a ka tutuku ki te ngaro i te ngota pūngao, engari ki te e kei ratou i roto i vacuo, ka whakatere rite whakatata ratou ki te pitoake.

Renarena i waenganui i te tīmatanga me te mutunga tūranga o te faka'uhinga'i irahiko hokona ratou pūngao. A, no te neke i roto i te rerekētanga pea o 1 V he rite ki te 1 irahiko-wae (eV). He ōrite ki te 1.6 × 10 ^-19 joule tenei. Ko te pūngao o te waeroa e rere trillion wā atu. I roto i ngā irahiko kinescope e whakatere ngaohiko nui ake i te 10 kV. He maha accelerators tae puai nui teitei whanganga mega, Giga me tera-irahiko-volts.

momo

Ētahi o nga momo tuatahi o accelerators matūriki, pērā i te whakanui ngaohiko me te generator a Van der Graaf, te whakamahi i te mara hiko tonu hangaia e nga moe, o runga ki te miriona volts. Ki te taua ngaohiko tiketike mahi ngāwari. He rerekē atu mahi ko te mahi toutou o ngoikore mara hiko hua moe, iti. whakamahia tēnei parau tumu i roto i te momo e rua o accelerators hou - rārangi me te huri taiāwhio (te nuinga cyclotrons me synchrotrons). accelerators matūriki rārangi, i roto i te poto, haere ratou kotahi i roto i te raupapa o mara tere, i neke te cyclically maha nga wa ratou i roto i te ara porowhita i roto i te mara iti hiko. I roto i te wā e rua, te pūngao whakamutunga o te matūriki, tei runga i te mara katoa o te mahi, kia e maha iti "fepulopulasi" e tapiritia tahi ki te hoatu i te pānga ngā o te nui kotahi.

Ko te hanganga auau o te whakatere rārangi ki te whakaputa ngā āpure hiko i roto i te ara tūturu ko ki te whakamahi i te AC, e kore DC. Kua whakatere te matūriki pai whakatupato ki te pūmanawa tōraro me te whiwhi i te hiringa hou, ki te haere pai. I roto i te mahi, me te huri rawa hohoro te ngaohiko. Hei tauira, i te pūngao o te 1 MeV iraoho nekehanga i tere tiketike rawa ko te tere o te marama o 0,46, haere 1.4 m o 0.01 ms. tikanga o tēnei e i roto i te hanganga tukurua o te torutoru mita te roa, te mara hiko me huri te aronga i te auau o te iti rawa 100 MHz. Linear me accelerators huringa matūriki te nuinga o titaria ratou ki te tauutuutu auau mara hiko i 100 MHz ki 3000, t. E. I roto i te whānuitanga o ngā ngaru irirangi ki ngaruiti.

Ko te ngaru hiko ko te huinga o kōpiupiu mara hiko, me te autō kōpiupiu i koki matau ki tetahi ki tetahi. Ko te wāhi matua ko ki te whakatika i te ngaru whakatere kia i te taenga mai o nga matūriki whakahaua te mara hiko kei roto i runga ki te pere whakaterenga. Ka taea te mahi i tēnei mā te whakamahi i tētahi poipoi e tu ana - te huinga o ngaru haere i roto i ngā tohutohu ritenga i roto i te wāhi kati, te ngaru tangi i roto i te okana okana. He whakatinanatanga kē hoki tere neke irahiko nei velocities tata te tere o te marama, he ngaru haere.

autophasing

He pānga nui o te whakaterenga i roto i te mara hiko tauutuutu ko te "pūmautanga wā". I roto i haere kotahi mara oscillation huringa tauutuutu i roto i te kore i te uara mōrahi hoki ki te kore, heke reira ki te iti me te ara ake ki te kore. Ko te kupu, haere reira rua i roto i te uara e hiahiatia ana mo te whakatere. Ki te haere mai wawe rawa te korakora nei tere piki,, e kore e mahi i te reira i te mara o rawaka kaha, a ka waiho i te pana ngoikore. A, no te tae te reira i te wāhi i muri, te whakamātautau mutunga me te ake pānga. Ka rite ki puta te hua, whaiaro tapatu-, ka hei te matūriki i roto i te wāhanga ki ia mara i roto i te rohe tere. Ko tētahi atu pānga ko te whakarōpū ratou i roto i te wā ki te hanga i te katinga, nui atu i te awa tonu.

Ko te aronga o te kurupae

He wāhi nui i roto i te āhua o te mahi, me te whakatere matūriki, te tākaro me te mara autō, rite ratou e taea te huri i te aronga o to ratou kaupapa. Tenei te tikanga e taea te whakamahi e ratou mo "piko" o te kurupae i roto i te ara porowhita, na ratou toutou haere i roto i te wāhanga tere taua. I roto i te take māmā, i runga i te matūriki i ako neke i te koki matau ki te aronga o te papa autō ōrite, he vector kaha hāngai ki e rua o ona kaupapa, me ki te mara. ai tenei te kurupae ki te neke i roto i te ara porohita hāngai ki te mara, kia tae mai ra te reira i roto i o tona mara o mahi atu kaha ranei tīmata ki te mahi i runga i te reira. whakamahia ana tēnei pānga i roto i accelerators huri taiāwhio pērā i te synchrotron me cyclotron. I roto i te cyclotron, whakaputaina te mara tamau e te aukume nui. Matūriki ki te whakanui ake o ratou pūngao neke miro waho whakatere ki ia revolution. Ko te clots synchrotron neke a tawhio noa te mowhiti ki te pūtoro, tamau, ka hangaia e nga electromagnets nga piki mowhiti rite nga korakora a tawhio noa te mara e whakatere. Ko te aukume whakarato "piko", tohu dipoles ki te raki, me amo tonga, piko i roto i te āhua hūhoiho kia e taea te kurupae haere therebetween.

Ko te mahi nui tuarua o te electromagnets ko ki te arotahi i te kurupae kia e ratou pera kuiti, me te kaha rite taea. Ko te puka māmā o te aukume arotahi - ki amo wha (e rua raki, me te rua tonga) kei tetahi ki tetahi. pana ratou nga matūriki ki te pokapū i roto i te kotahi aronga, engari tukua ki te kia wehea ratou i roto i te hāngai. Quadrupole aukume arotahi te kurupae whakapae, tuku ki a ia te haere i roto i o arotahi poutū. Ki te mahi i tenei, me te whakamahi i ratou i roto i takirua. Hoki te tika atu e whakamahia ano hoki aukume atu mātanga ki te maha nui o amo (6 me 8) arotahi.

Mai te pūngao o te piki matūriki, te kaha o te papa autō, arata'i ratou piki. pupuri ana tenei i te kurupae i runga i te trajectory kotahi. Kei te whakaurua e te pata ki te whakakai me te whakatere ki te pūngao e hiahiatia i mua i taea te mawehe atu i te reira, ka whakamahia i roto i ngā. tutuki retraction e electromagnets e e whakahohe ki pana nga matūriki i te mowhiti synchrotron.

tutukinga

accelerators matūriki i ako whakamahia i roto i te rongoā, me te ahumahi, te whakaputa i te kurupae mo te whakaaro ngā, hei tauira, irradiation katote ranei implantation te nuinga. Tenei te tikanga e te matūriki kotahi whakamahia. Ko te taua i pono o accelerators whakamahia i roto i te rangahau taketake mō ngā tau e maha. Otiia i whakawhanakehia te mowhiti i 1970, i roto i nei kurupae rua komuhumuhu i roto i ngā tohutohu ritenga me tutuku huri noa te ara iahiko. Ko te painga matua o taua pūnaha kei e i roto i te pūngao te tūtukitanga frontal o korakora haere tika ki te pūngao ngā i waenganui ia ratou. rerekē tēnei ki te mea e tupu, no te tutuki te kurupae ki te pikitia tū,, i roto i nei take haere te nuinga o te pūngao ki te whakaiti o te rauemi ūnga i roto i te nekehanga, i te runga i te parau tumu o te tiaki i te neke.

E hangaia ētahi mihini ki colliding kurupae ki rua mowhiti, rīpeka i roto i rua, neke atu rānei ngā wāhi, i roto i nei huri haere i roto i ngā tohutohu ritenga, nga matūriki o te momo kotahi. More noa collider matūriki-antiparticle. Antiparticle kua te tiaki ritenga o nga matūriki e pā ana. Hei tauira, te positron, kei te pai i ako, me ngā irahiko - tōraro. Tenei te tikanga e te mara e whakatere te irahiko, te positron pōturi iho, neke i roto i te ahunga kotahi. Otiia ki te mea i te neke muri i roto i te huarahi i te ritenga, ka whakatere i te reira. Waihoki, he irahiko neke i roto i te autō mara e pai ānau ki te maui, me te positron - tika. Otiia ki te mea kua neke te positron whakamua, na ka haere tonu tona ara ki afe ki te matau, engari i runga i te ānau rite taua o te irahiko. Heoi, tenei te tikanga e taea te matūriki neke i roto i te whakakai o te synchrotron taua aukume, ka whakatere i te mara hiko taua i roto i ngā tohutohu ritenga. I hanga tenei parau tumu maha colliders kaha colliding kurupae, t. Ki. Ko te anake titau kotahi whakatere mowhiti.

e kore te kurupae i roto i te synchrotron neke tonu, ka ngātahi ki "te kūtai." Ka taea e ratou e rave rahi henimita i roto i te roa me te whakatekau o te mirimita te whānui, me Kei roto e pā ana ki 10 ¹² matūriki. Tenei kiato iti, no te mea kei te rahi o taua rauemi e pā ana ki ^{23 o Oketopa} ngota. Na reira, ka whakawhiti i te kurupae colliding, i reira te mea anake he tūponotanga iti e ka tauhohe i te matūriki ki ia atu. I roto i te mahi tonu clots ki te neke a tawhio noa te whakakai me te whakatau ano. korehau High i roto i te whakatere o matūriki i ako (10 ^-11 mm HG. V.) hiahiatia He roto i te tikanga e taea te matūriki porotītiti mō maha haora, kahore collisions ki rāpoi ngota rangi. Na reira, kei te hoki i huaina te mowhiti tāpiripiri, no te mea mau rongoa kurupae reira hoki te maha o ngā hāora.

rēhitatanga

I ako accelerators matūriki i roto i te nuinga e taea rēhita puta ina patu i nga matūriki te ūnga te atu kurupae ranei, neke i roto i te huarahi i te ritenga. I roto i te ngongo pikitia pouaka whakaata, ki irahiko i te pū patu te mata phosphor i runga i te mata i roto, me te emit marama, i reira Mā te whakapakoko tuku. I roto i te accelerators huru taua pūhohe motuhake ki matūriki marara, engari e te tikanga hangaia ratou ki te hanga i tohu hiko e taea te tahuri ki raraunga rorohiko, ka tātarihia te whakamahi i ngā hōtaka rorohiko. Anake whakatupato huānga hua tohu hiko haere i roto i te rauemi, hei tauira i te ionization excitation o ngota ranei, a taea te kitea tika. Ka taea te kitea i te matūriki kūpapa pērā i ngā iramoe pūaho ranei autaki i roto i te whanonga o te korakora whakatupato e te hunga ratou i roto i te nekehanga.

He maha pūhohe motuhake. Etahi o ratou, pērā i te Geiger, he tatau matūriki, me ētahi atu whakamahinga, hei tauira, mō ngā ara tuhi tere inenga o te pūngao ranei. pūhohe Modern i roto i te rahi me te hangarau, ka taea e rerekē i tiaki honoa whakaaro iti ki ruma hau-ki tonu nui ki waea e kitea ara ionized whakaputaina e te matūriki i ako.

kōrero

accelerators matūriki i ako te nuinga whakawhanakehia hoki rangahau o te āhuatanga o te karihi ngota me matūriki māmā. Mai i te whakatuwheratanga o te ahupūngao Ingarangi Ernest Rutherford i 1919, te tauhohe o te karihi hauota me te korakora ārepa, te rangahau katoa i roto i te parae o te ahupūngao karihi ki te 1932 kawea i roto i te karihi haumāmā, tukua e te pirau o ngā āhuatanga iratuki taiao. Natural alpha-matūriki i te pūngao neke o 8 MeV, engari whakapono Rutherford e kia ratou āwenewene whakatere uara ki ara teitei mō te aroturuki i te pirau o karihi taimaha. I te wa au ra e mea fifi. Heoi, ko te tātai i hanga i roto i te 1928 e Georgiem Gamovym (i te Whare Wānanga o Göttingen, Germany), whakakitea e taea te whakamahi i te katote i puai nui raro, a ka kua whakaongaongatia tenei whakamātau ki te hanga i te whare e whakarato he kurupae rawaka mō te Nuclear Rangahau.

Ētahi atu ngā o tenei wā faaite te mau parau tumu e nei e hanga nga accelerators matūriki i ako ki tenei ra. Ko te ngā angitu tuatahi ki katote āwenewene whakatere puritia i Cockroft ko Walton i roto i 1932 i University Cambridge. Mā te whakamahi i te whakanui ngaohiko, e whakatere iraoho ki 710 keV, a whakakitea e tauhohe te muri ki te konukōhatu ki te hanga i ngā korakora ārepa rua. Na roto i te 1931, i University Princeton i New Jersey, Robert Van de Graaff hanga whitiki hiko te generator nui-pea tuatahi. Kei te whakamahia tonu ngaohiko whakanui Cockcroft-Walton generators me a Van der Graaf rite puna pūngao mō accelerators.

Ko te parau tumu o te whakatere kōwaro rārangi whakaatu i Rolf Widerøe i 1928. Ko te Rhine-Westphalian University Hangarau i roto i Aachen, Germany, whakamahia ia he ngaohiko AC tiketike ki te whakatere i te konutai me te pāhare pāporo ngā katote ki puai i roto i te i te taikaha o te rua nga wa ki te korero ki a ratou. I roto i 1931 i roto i te United States Ernest Lourens me tona kaiāwhina Rawiri Sloan o te University o California, Berkeley, whakamahia nga mara tiketike-auau ki te whakatere katote mēkuri ki puai rahi atu i 1.2 MeV. kīnaki ana tēnei mahi te whakatere o taimaha matūriki i ako Wideröe, engari e kore e whai hua i roto i te rangahau karihi nga kurupae katote.

whakatere te kōwarotanga autō cyclotron ranei, i hapu rite te whakarerekētanga o Lawrence Wideröe tāutanga. faaite Ākonga Lawrence Livingston te parau tumu o te cyclotron i 1931, hanga i te katote ki te pūngao o 80 keV. I roto i te 1932, ua faaite Lawrence ko Livingston te whakatere o ngā iraoho ki runga ki neke atu i te 1 MeV. I muri mai i roto i te 1930, tae cyclotrons pūngao e pā ana ki 25 MeV, me te Van de Graaff - e pā ana ki 4 MeV. I roto i te 1940, Donald Kerst, te faaohiparaa i te hua o tātaitanga tupato o te ohuraa ki te hanganga aukume, hanga i te University o Illinois, te betatron tuatahi, te whakaurutanga autō irahiko whakatere.

ahupūngao Modern: accelerators matūriki

I muri te Pakanga II o te Ao i reira i tere te ahunga whakamua i roto i te pūtaiao o te whakatere matūriki ki puai teitei. timata te reira i Edwin McMillan i Berkeley me Vladimir Veksler i Moscow. I roto i te 1945, he takitahi e rua i ia atu kua whakaahuatia te parau tumu o te wāhanga pūmautanga ratou. Tuku tenei ariā he tikanga ki te mau tonu i te āmionga pūmau o te matūriki i roto i te whakatere porowhita e nekehia atu here i runga i te pūngao iraoho me awhinatia hanga he accelerators hāngai autō (synchrotrons) mō irahiko. Autophasing, te whakatinanatanga o te parau tumu o te wāhanga pūmautanga, i whakapumautia i muri i te hanganga o te synchrocyclotron iti i te University o California, me te synchrotron i Ingarangi. Taimi nounou mei ai, i hanga te rārangi iraoho tuatahi whakatere kōwaro. whakamahia tēnei parau tumu i roto i synchrotrons iraoho nui katoa hanga mai i reira.

I roto i te 1947, William Hansen, i University Stanford i California, hanga te whakatere irahiko rārangi tuatahi i te ngaru haere, i whakamahia te hangarau ngaruiti i whakawhanakehia e kua hoki hihiani i roto i te Pakanga Tuarua o te Ao.

Te ahunga whakamua i roto i te ako i hanga taea i na roto i te whakanui ake i te pūngao iraoho, i arahina ki te hanga o accelerators nui ake. Ko tenei au o kua utu ahumahi nui mowhiti aukume nui kua mutu. Ko te nui rawa e ata a tawhio noa 40,000 taranata. hipoki Methods mō te whakanui ake i te pūngao, kahore tupu rahi mīhini i roto i pā ana ki 1952 godu Livingstone, Courant ko Snyder he tikanga o te tauutuutu arotahi (i ētahi wā ka karangatia e kaha arotahi). Synchrotrons mahi i runga i tenei parau tumu, te whakamahi i aukume 100 wa iti ake i te aroaro o. Taua whakamahia arotahi i roto i synchrotrons hou katoa.

I roto i te 1956 te kitenga Kerst e te mea e puritia nga huinga e rua o matūriki i runga i rīpeka āmiotanga, ka taea e koe te mataara whawhai ratou. Ko te tono o tenei whakaaro e hiahiatia ana te haaputuputuraa whakatere kurupae i roto i huringa, ka karanga tāpiripiri. Kua tutuki tēnei hangarau he pūngao mōrahi o matūriki pāhekoheko.