Vikipediya

Chiziqli zarracha tezlatgichi

Chiziqli zarracha tezlatgichi (koʻpincha linac deb qisqartiriladi) zaryadlangan subatomik zarralar yoki ionlarni chiziqli nur chizigʻi boʻylab bir qator tebranuvchi elektr potentsiallariga taʼsir qilish orqali yuqori tezlikka tezlashtiradigan zarracha tezlatgichining bir turi. Bunday mashinalar uchun printsiplar 1924 yilda Gustav Ising tomonidan taklif qilingan [1], birinchi ishlaydigan mashina esa 1928 yilda [2] RWTH Aachen universitetida Rolf Widerøe tomonidan qurilgan. [3][4] Linaclar koʻplab qoʻllanmalarga ega: ular radiatsiya terapiyasida tibbiy maqsadlar uchun rentgen nurlari va yuqori energiyali elektronlarni hosil qiladi, yuqori energiyali tezlatgichlar uchun zarrachalar injektori boʻlib xizmat qiladi va yorugʻlik zarralari (elektronlar va pozitronlar) uchun eng yuqori kinetik energiyaga erishish uchun bevosita ishlatiladi. zarrachalar fizikasi .Tezlatkichlar (yadro fizikasi da) – elektr maydoni yordamida yuqori energiyali zaryadlangan zarralar (elektronlar, protonlar, atom yadrolari va boshqalar) olish uchun moʻljallangan qurilmalar. Zarralar qurilmaning vakuum kamerasida harakatlanadi; ularning harakati (trayektoriyasi shakli)ni magnit maydoni (baʼzan, elektr maydoni) bilan boshkarib turiladi. Zarralarning trayektoriyasiga kura, T. siklik va chiziqli, tezlatuvchi elektr maydoni xarakteriga koʻra, rezonans va norezonans turlarga boʻlinadi (norezonans T.ning induksion va yuqori voltli xillari bor). Siklik T. jumlasiga elektronlar T.i (betatron, mikrotron, sinxrotron) va ogʻir zarralar (protonlar va boshqalar) T.i (sinxrofazotron, fazotron, siklotron) kiradi. Betatrondan boshqa barcha siklik T. rezonans T.

Avstraliya Sinxrotronidagi linak linakning boshida bir qator RF boʻshliqlaridan radio toʻlqinlaridan foydalanadi va elektron nurni 100 energiyagacha tezlashtiradi. MeV.

Linakaning dizayni tezlashtirilgan zarrachaning turiga bogʻliq: elektronlar, protonlar yoki ionlar . Linakalarning oʻlchamlari katod nurli trubadan (bu linyakning bir turi) 3.2-kilometr-long (2.0 mi) gacha. Kaliforniya, Menlo Parkdagi SLAC milliy tezlatgich laboratoriyasida linac.

Tarix

tahrir
 
Wideroe linac tushunchasi. RF manbasidan kuchlanish zarrachani boʻshliqlar orasidagi himoya qiluvchi bir qator quvurlarga ulanadi.
 
Alvarez turi linac

1924 yilda Gustav Ising bir qator tezlashtiruvchi boʻshliqlardan foydalangan holda chiziqli zarracha tezlatgichining birinchi tavsifini nashr etdi. Zarrachalar bir qator naychalar boʻylab harakatlanar edi. Muntazam chastotada har bir boʻshliqda tezlashtiruvchi kuchlanish qoʻllanadi. Zarrachalar tezlikni oshirib, chastota doimiy boʻlib qolganda, boʻshliqlar har bir boʻshliqqa yetib borishi bilan zarracha kuchlanish qoʻllanilishini taʼminlash uchun bir-biridan uzoqroq va uzoqroq masofada joylashgan boʻlar edi. Ising hech qachon ushbu dizaynni muvaffaqiyatli amalga oshirmagan. [5]T. hozirgi zamon fizikasining asosiy qurilmalaridan biri. Yuqori energiyali zarralar dastasidan elementar zarralarning tabiati va xossalarini tadqiq qilishda, atom yadrosi va qatgiq jism fizikasida, defektoskopiyada, bemorlarni nur bilan davolash va boshqa sohalarda foydalaniladi.

Ushbu maqola Mirzo Ulugʻbek nomidagi Oʻzbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi tomonidan Wikitaʼlim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi

Rolf Wideroe 1927 yilda Isingning qogʻozini topdi va oʻzining doktorlik dissertatsiyasining bir qismi sifatida 88 dyuymli uzunlikdagi, ikkita boʻshliqli qurilmani yaratdi. Ising kuchlanish manbai sifatida uchqun boʻshligʻini taklif qilgan joyda, Wideroe 25 kV vakuumli trubkali osilatordan foydalangan. U natriy va kaliy ionlarini 50 ming elektron volt (50 keV) energiyaga tezlashtirganini muvaffaqiyatli koʻrsatdi, bu trubka orqali faqat bir marta tezlashtirilganda ular oladigan energiyadan ikki baravar koʻp. Bir xil kuchlanish manbasidan foydalanib, zarrachani bir necha marta muvaffaqiyatli tezlashtirish orqali Wideroe radiochastota tezlashuvining foydali ekanligini koʻrsatdi. [6]

Ushbu turdagi linac oʻsha paytda mavjud boʻlgan kuchlanish manbalari bilan cheklangan edi va faqat Ikkinchi Jahon urushidan keyin Luis Alvares birinchi rezonansli kavitali drift trubkasini loyihalash uchun yangi ishlab chiqilgan yuqori chastotali osilatorlardan foydalanishga muvaffaq boʻldi. Alvarez linac Wideroe turidan farq qiladi, chunki RF quvvati zarracha harakatlanadigan butun rezonans kamerasiga qoʻllanadi va markaziy quvurlar faqat osilator fazasining sekinlashuvchi qismida zarrachalarni himoya qilish uchun ishlatiladi. Tezlashtirish uchun ushbu yondashuvdan foydalanish Alvaresning birinchi linak 1947 yilda 31,5 MeV proton energiyasiga erisha olganligini anglatadi, bu oʻsha paytda erishilgan eng yuqori koʻrsatkichdir. [7]

1947 yilda, Alvares protonlar boʻyicha oʻzining linyak kontseptsiyasini ishlab chiqish bilan bir vaqtda, Uilyam Xansen Stenford universitetida birinchi harakatlanuvchi toʻlqinli elektron tezlatgichni qurdi. [8] Elektronlar protonlardan etarlicha engilroq boʻlib, ular tezlanish jarayonining boshida yorugʻlik tezligiga yaqin tezlikka erishadilar. Natijada, „tezlashtiruvchi“ elektronlar energiyani oshiradi, lekin tezlatgichni loyihalash nuqtai nazaridan doimiy tezlikka ega deb hisoblash mumkin. Bu Xansenga bir qator disklar bilan yuklangan gorizontal toʻlqin yoʻriqnomasidan tashkil topgan tezlashtiruvchi strukturadan foydalanishga imkon berdi. 1947 yilgi tezlatkich 6 MeV energiyaga ega edi. Vaqt oʻtishi bilan SLAC Milliy tezlatkich laboratoriyasida elektron tezlashuvi 2 milya (3.2 km) oʻlchamga choʻziladi. va chiqish energiyasi 50 GeV. [9]

Chiziqli tezlatgichlar yuqori nurli oqimlar bilan ishlab chiqilganligi sababli, proton va ogʻir ion nurlarini fokuslash uchun magnit maydonlardan foydalanish tezlatgichning dastlabki bosqichlarida qiyinchiliklar tugʻdirdi. Magnit kuch zarracha tezligiga bogʻliq boʻlganligi sababli, bir vaqtning oʻzida past va oʻrta energiyali hadronlarni tezlashtiradigan va fokuslashi mumkin boʻlgan tezlatgich turini yaratish maqsadga muvofiq edi. [10] 1970-yilda sovet fiziklari I. M. Kapchinskiy va Vladimir Teplyakov tezlashtiruvchi strukturaning radiochastotali kvadrupol (RFQ) turini taklif qilishdi. RFQ murakkab elektr maydonlarini ishlab chiqarish uchun rezonansli boʻshliqda aniq moʻljallangan shakllarga ega qanotlar yoki rodlardan foydalanadi. Bu maydonlar bir vaqtning oʻzida tezlashtirish va inʼektsiya qilingan zarracha nurlariga fokuslashni taʼminlaydi. [11]

1960-yillardan boshlab Stenford va boshqa mamlakatlardagi olimlar zarrachalarni tezlashtirish uchun oʻta oʻtkazuvchan radiochastota boʻshliqlaridan foydalanishni oʻrganishga kirishdilar. [12] Niobiy qotishmalaridan yasalgan oʻta oʻtkazuvchan boʻshliqlar yanada samarali tezlashtirishga imkon berdi, chunki kirish quvvatining sezilarli darajada yuqori qismini issiqlik uchun yoʻqotish oʻrniga nurga qoʻllash mumkin edi. Eng qadimgi oʻta oʻtkazuvchan linaklar qatoriga Stenforddagi Superoʻtkazuvchi chiziqli tezlatgich (elektronlar uchun) [13] va Argonna Milliy Laboratoriyasidagi Argon tandem chiziqli tezlatgich tizimi (protonlar va ogʻir ionlar uchun) kiradi. [14]

Ishlashning asosiy tamoyillari

tahrir
 
Chiziqli tezlatgich qanday ishlashini koʻrsatadigan animatsiya. Ushbu misolda tezlashtirilgan zarralar (qizil nuqtalar) musbat zaryadga ega deb hisoblanadi. Grafik V (x) har bir vaqtning har bir nuqtasida tezlatgichning oʻqi boʻylab elektr potensialini koʻrsatadi. Zarracha har bir elektroddan oʻtganda RF kuchlanishining polaritesi teskari boʻladi, shuning uchun zarracha har bir boʻshliqni kesib oʻtganda elektr maydoni (E, oʻqlar) uni tezlashtirish uchun toʻgʻri yoʻnalishga ega. Animatsiyada bitta zarrachaning har bir tsiklda tezlashishi koʻrsatilgan; haqiqiy linaklarda koʻp miqdordagi zarrachalar AOK qilinadi va har bir tsiklda tezlashadi. Harakat juda sekinlashgani koʻrsatilgan.

Zaryadlangan zarracha elektromagnit maydonga qoʻyilganda, u Lorentz kuch qonuni tomonidan berilgan kuchni boshdan kechiradi:

 

(SI birliklarida) bu yerda   zarrachaning zaryadidir,   elektr maydoni,   zarracha tezligi, va   magnit maydon hisoblanadi. Magnit maydon atamasidagi oʻzaro mahsulot zarracha tezlashishi uchun statik magnit maydonlardan foydalanish mumkin emasligini anglatadi, chunki magnit kuch zarrachalar harakati yoʻnalishiga perpendikulyar ravishda taʼsir qiladi. [15]

Elektrostatik buzilish elektr maydonini hosil qilish uchun boʻshliq boʻylab qoʻllanilishi mumkin boʻlgan maksimal doimiy kuchlanishni cheklaganligi sababli, koʻpchilik tezlatgichlar radiochastota (RF) tezlashuvining baʼzi shakllaridan foydalanadilar. RF tezlashuvida zarracha har bir mintaqani kesib oʻtganda tezlashuvchi maydonni koʻradigan tarzda kuchlanish manbai tomonidan boshqariladigan bir qator tezlashuvchi hududlarni kesib oʻtadi. Tezlanishning bu turida zarralar osilator siklining elektr maydoni moʻljallangan tezlanish yoʻnalishini koʻrsatgan qismiga mos keladigan „toʻplamlar“ boʻylab harakatlanishi kerak. [16]

Agar bitta tebranish kuchlanish manbai bir qator boʻshliqlarni haydash uchun ishlatilsa, zarracha tezligi oshgani sayin, bu boʻshliqlar bir-biridan tobora uzoqroq joylashtirilishi kerak. Bu zarrachaning har bir boʻshliqqa yetib borishi bilan osilator siklining bir xil fazasini „koʻrishini“ taʼminlash uchun kerak. Zarrachalar yorugʻlik tezligiga asimptotik yaqinlashganda, boʻshliqni ajratish doimiy boʻladi – qoʻllanadigan qoʻshimcha kuch zarrachalarning energiyasini oshiradi, lekin ularning tezligini sezilarli darajada oʻzgartirmaydi. [15]

Fokuslash

tahrir

Zarrachalar tezlatkichdan qochib ketmasligi uchun markaziy traektoriyadan uzoqlashayotgan zarrachalarni moʻljallangan yoʻlga qayta yoʻnaltirish uchun qandaydir fokuslashni taʼminlash kerak. Kuchli fokuslanishning kashf etilishi bilan toʻrt kutupli magnitlar mos yozuvlar yoʻlidan uzoqlashayotgan zarralarni faol ravishda yoʻnaltirish uchun ishlatiladi. Toʻrt kutupli magnitlar bir koʻndalang yoʻnalishda va perpendikulyar yoʻnalishda fokuslanayotganligi sababli, har ikki yoʻnalishda ham umumiy fokuslash effektini taʼminlash uchun magnit guruhlarini ishlatish kerak. [15]

Faza barqarorligi

tahrir

Faza barqarorligi deb ham ataladigan sayohat yoʻnalishi boʻylab diqqatni jamlash RF tezlashishiga xos xususiyatdir. Agar toʻplamdagi zarrachalarning barchasi tebranish maydonining koʻtarilish bosqichida tezlashadigan hududga etib borsa, u holda erta kelgan zarralar toʻdaning markazidagi „mos yozuvlar“ zarrachasiga qaraganda bir oz kamroq kuchlanishni koʻradi. Shunday qilib, bu zarralar biroz kamroq tezlanish oladi va oxir-oqibat mos yozuvlar zarrasidan orqada qoladi. Shunga mos ravishda, mos yozuvlar zarrasidan keyin kelgan zarralar bir oz koʻproq tezlanish oladi va natijada mos yozuvlar ni yetib oladi. Ushbu avtomatik tuzatish har bir tezlashtirilgan boʻshliqda sodir boʻladi, shuning uchun toʻplam har safar tezlashtirilganda harakat yoʻnalishi boʻylab qayta yoʻnaltiriladi. [16]

Qurilish va foydalanish

tahrir
 
Avstraliya sinxrotronining linakasini oʻrab turgan toʻrt kutupli magnitlar elektron nurni fokuslashga yordam berish uchun ishlatiladi.
  1. ↑ G. Ising (1924). "Prinzip einer Methode zur Herstellung von Kanalstrahlen hoher Voltzahl". Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik 18 (30): 1–4. 
  2. ↑ Widerøe, R. (17 December 1928). "Über Ein Neues Prinzip Zur Herstellung Hoher Spannungen". Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik 21 (4): 387–406. doi:10.1007/BF01656341. 
  3. ↑ Bryant, P J (1994). "A brief history and review of accelerators". 5th General Accelerator Physics Course. CERN Accelerator School. doi:10.5170/CERN-1994-001.1. 
  4. ↑ Mangan, Michelangelo „Particle accelerators and the progress of particle physics“, . Challenges and goals for accelerators in the XXI century Brüning: . Hackensack, New Jersey: World Scientific, 2016 — 33-bet. DOI:10.1142/8635. ISBN 978-981-4436-39-7. 
  5. ↑ Heilbron, J.L.. Lawrence and His Laboratory: A History of the Lawrence Berkeley Laboratory, Volume I. Berkeley, CA: University of California Press, 1989. Qaraldi: 2022-yil 2-fevral. 
  6. ↑ Conte, Mario. An introduction to the physics of particle accelerators, 2nd, Hackensack, N.J.: World Scientific, 2008. ISBN 9789812779601. 
  7. ↑ „Alvarez proton linear accelerator“. Smithsonian Institution. Qaraldi: 2022-yil 3-fevral.
  8. ↑ "Early Accelerator Work at Stanford". SLAC Beam Line: 2–16. April 1983. Archived from the original on 2022-11-18. https://web.archive.org/web/20221118231922/http://atlas.physics.arizona.edu/~shupe/Physics_Courses/Phys_586_S2015_S2016_S2017/Readings_MS/SLAC_Early_History.pdf. Qaraldi: 2023-06-10. Chiziqli zarracha tezlatgichi]]
  9. ↑ Neal, R. B. „Chap. 5“, . The Stanford Two-Mile Accelerator. New York, New York: W.A. Benjamin, Inc, 1968 — 59-bet. 
  10. ↑ Stokes, Richard H.; Wangler, Thomas P. (1988). "Radiofrequency Quadrupole Accelerators and their Applications". Annual Review of Nuclear and Particle Science 38 (38): 97–118. doi:10.1146/annurev.ns.38.120188.000525. https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.ns.38.120188.000525. Qaraldi: 3 February 2022. Chiziqli zarracha tezlatgichi]]
  11. ↑ Reiser, Martin. Theory and design of charged particle beams, 2nd, Weinheim: Wiley-VCH, 2008 — 6-bet. ISBN 9783527407415. 
  12. ↑ Padamsee, Hasan (April 14, 2020). "History of gradient advances in SRF". arXiv:2004.06720 [physics.acc-ph]. 
  13. ↑ Westfall, Catherine (April 1997). The Prehistory of Jefferson Lab's SRF Accelerating Cavities, 1962 to 1985 (Report). Thomas Jefferson National Accelerator Facility. JLAB-PHY-97-35. https://misportal.jlab.org/ul/publications/view_pub.cfm?pub_id=11132. 
  14. ↑ Ostroumov, Peter; Gerigk, Frank (January 2013). "Superconducting Hadron Linacs". Reviews of Accelerator Science and Technology 06: 171–196. doi:10.1142/S1793626813300089. 
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 Conte, Mario. An introduction to the physics of particle accelerators, 2nd, Hackensack, N.J.: World Scientific, 2008 — 1-bet. ISBN 9789812779601. 
  16. ↑ 16,0 16,1 Edwards, D. A.. An introduction to the physics of high energy accelerators. New York: Wiley, 1993. ISBN 9780471551638.  
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Chiziqli_zarracha_tezlatgichi&oldid=5255604" dan olindi