Co je to cyklotron?

Historie částicová fyzika je příběh o hledání stále menších kusů hmoty. Když se vědci ponořili hluboko do složení atomu, museli najít způsob, jak jej rozdělit, aby viděli jeho stavební kameny. Nazývají se „elementární částice“. K jejich rozdělení bylo zapotřebí velké množství energie. To také znamenalo, že vědci museli přijít s novými technologiemi, aby tuto práci provedli.

Za tímto účelem vymysleli cyklotron, typ urychlovače částic, který používá konstantní magnetické pole k držení nabitých částic, když se pohybují rychleji a rychleji v kruhovém spirálovém vzoru. Nakonec zasáhli cíl, který vedl fyziky ke studiu sekundárních částic. Cyklotrony se používají ve fyzických experimentech s vysokou energií po celá desetiletí a jsou také užitečné při léčení rakoviny a jiných stavů.

První cyklotron byl postaven na Kalifornské univerzitě v Berkeley v roce 1932 Ernestem Lawrencem ve spolupráci se svým studentem M. Stanley Livingston. Umístili velké elektromagnety do kruhu a pak vymysleli způsob, jak střílet částice přes cyklotron a urychlit je. Tato práce vydělala Lawrence Nobelovu cenu za fyziku v roce 1939. Před tím byl hlavním používaným urychlovačem částic lineární urychlovač částic,

Od doby Lawrenceovy práce na cyklotronu byly tyto testovací jednotky postaveny po celém světě. Kalifornská univerzita v Berkeley postavila několik z nich pro svou radiační laboratoř a první evropské zařízení bylo vytvořeno v Leningradu v Rusku v Radium Institute. Další byl postaven v prvních letech druhé světové války v Heidelbergu.

Cyklotron byl velkým vylepšením linacu. Na rozdíl od designu linac, který vyžadoval řadu magnetů a magnetických polí k urychlení nabitých částic v přímce, výhoda kruhového design byl takový, že proud nabitých částic bude stále procházet stejným magnetickým polem vytvářeným magnety znovu a znovu a získávat trochu energie pokaždé, když tak. Když částice získaly energii, vytvořily kolem cyklotronu větší a větší smyčky, přičemž s každou smyčkou stále získávaly více energie. Nakonec by smyčka byla tak velká, že paprsek vysokoenergetických elektronů prošel oknem, v tomto okamžiku vstoupí do bombardovací komory ke studiu. V podstatě se srazili s talířem a rozptýlené částice kolem komory.

Cyklotron byl prvním z cyklických urychlovačů částic a poskytl mnohem účinnější způsob, jak urychlit částice pro další studium.

V současné době se cyklotrony stále používají pro určité oblasti lékařského výzkumu a jejich velikost se pohybuje od zhruba stolních návrhů po velikosti budov a větší. Dalším typem je synchrotron urychlovač, navržený v 50. letech 20. století, a je výkonnější. Největší cyklotrony jsou TRIUMF 500 MeV Cyclotron, která je stále v provozu na University of British Columbia ve Vancouveru, Britská Kolumbie, Kanada a supravodivý kruhový cykloclon v laboratoři Riken v Japonsku. Má 19 metrů. Vědci je používají ke studiu vlastností částic, něčeho, co se nazývá kondenzovaná hmota (kde se částice k sobě drží.

Modernější konstrukce urychlovačů částic, jako jsou ty, které se používají u velkého hadronového kříže, mohou tuto energetickou úroveň daleko překonat. Tyto takzvané „atomové rozbíječky“ byly vyvinuty tak, aby urychlily částice velmi blízko rychlosti světla, protože fyzici hledají stále menší kousky hmoty. Hledání Higgsova bosona je součástí práce LHC ve Švýcarsku. Další urychlovače existují v Brookhaven National Laboratory v New Yorku, ve Fermilab v Illinois, KEKB v Japonsku a dalších. Jedná se o velmi drahé a komplexní verze cyklotronu, všechny určené k porozumění částicím, které tvoří hmotu ve vesmíru.