A synchrotron je návrh urychlovače cyklických částic, ve kterém paprsek nabitých částic opakovaně prochází magnetickým polem, aby získával energii při každém průchodu. Když paprsek získává energii, pole se upravuje tak, aby si udržovalo kontrolu nad dráhou paprsku, když se pohybuje kolem kruhového prstence. Tento princip vyvinul Vladimir Veksler v roce 1944, přičemž první elektronový synchrotron byl postaven v roce 1945 a první proton synchrotron postavený v roce 1952.
Jak Synchrotron funguje
Synchrotron je vylepšením systému cyklotron, který byl navržen ve 30. letech. V cyklotronech se paprsek nabitých částic pohybuje konstantním magnetickým polem, které paprsek vede ve spirálové dráze, a poté prochází konstantním elektromagnetickým polem, které poskytuje zvýšení energie při každém průchodu polem. Tato rána v kinetické energii znamená, že paprsek se pohybuje skrz mírně širší kruh při průchodu magnetickým polem, získává další ránu a tak dále, dokud nedosáhne požadované úrovně energie.
Zlepšení, které vede k synchrotronu, spočívá v tom, že místo použití konstantních polí použije synchrotron pole, které se mění v čase. Když paprsek získává energii, pole se upraví odpovídajícím způsobem tak, aby paprsek držel ve středu trubice, která paprsek obsahuje. To umožňuje větší stupeň ovládání paprsku a zařízení může být postaveno tak, aby poskytovalo další zvýšení energie během cyklu.
Jeden specifický typ návrhu synchrotronu se nazývá úložný prsten, což je synchrotron, který je navržen pouze za účelem udržování konstantní energetické hladiny v paprsku. Mnoho urychlovačů částic používá hlavní strukturu urychlovače k urychlení paprsku až na požadovanou úroveň energie přeneste jej do udržovacího prstence, který má být udržován, dokud nebude sražen s jiným paprskem pohybujícím se opačně směr. To účinně zdvojnásobuje energii kolize, aniž by bylo nutné stavět dva plné akcelerátory, aby se dva různé paprsky dostaly na plnou úroveň energie.
Major Synchrotrons
Kosmotron byl protonový synchrotron postavený v Brookhaven National Laboratory. Byl uveden do provozu v roce 1948 a dosáhl plné síly v roce 1953. V té době se jednalo o nejvýkonnější zařízení, které mělo dosáhnout energií asi 3,3 GeV a zůstalo v provozu až do roku 1968.
Stavba na Bevatronu u Lawrence Berkeley National Laboratory začala v roce 1950 a byla dokončena v roce 1954. V roce 1955 byl Bevatron použit k objevu antiprotonu, což je úspěch, který získal Nobelovu cenu za fyziku z roku 1959. (Zajímavá historická poznámka: nazývala se Bevatraon, protože dosáhla energie přibližně 6,4 BeV, za „miliardy elektronvoltů“. S přijetím Jednotky SI, nicméně, prefix měřítko bylo přijato pro toto měřítko, tak notace se změnila na GeV.)
Akcelerátor částic Tevatronu ve Fermilabu byl synchrotron. Byl schopen urychlit protony a antiprotony na úroveň kinetické energie o něco méně než 1 TeV, byl nejmocnějším urychlovačem částic na světě do roku 2008, kdy byl překonán Velký Hadron Collider. 27-kilometrový hlavní urychlovač u velkého hadronového sběrače je také synchrotron a je aktuální schopné dosáhnout energie zrychlení přibližně 7 TeV na paprsek, což vede k 14 TeV kolize.