ما هو معجل الجسيمات؟

مسرعفيحبيبات هي آلة قادرة على تسريع البروتونات أو الإلكترونات أو الذرات المشحونة ، وحصرها في حزم ضيقة ، بسرعات قريبة من سرعة الضوءوذلك من خلال تطبيق مكثف المجالات الكهربائية ومغناطيسية. تُستخدم مسرعات الجسيمات في البحث العلمي وأيضًا لإنتاج إشعاع السنكروترون.

نظرةأيضا: الإشعاع المؤين - ما هو ، ما هي المخاطر ، صالماذا او ما؟و يناسب

كيف يعمل مسرع الجسيمات؟

مسرعات الجسيمات استخدام الحقول الكهربائية لتسريع الجسيمات كبروتونات وإلكترونات كبيرة من خلال التباينات المحتملة. يتم التحكم في مسار هذه الجسيمات بواسطة مجال مغناطيسي خارجي مكثف ، مسؤول عن تركيز حزمة الجسيمات ، مما يجعلها تضيق بشكل متزايد.

ال الطاقة الحركية من الجسيمات التي تتحرك داخل المسرعات في وحدة غير تقليدية ، فإن إلكترون فولت (فولت). هذه الوحدة تعادل مقدار الطاقة المخزنة في الإلكترون عند تعرضه لـ a الجهد الكهربائي من 1 V. يساوي إلكترون فولت حوالي 1,6.10^-19 J ، وفي مسرعات الجسيمات الحديثة يمكن تحقيق ذلك الاصطداماتبين الجسيمات طاقته قريبة من 7 تيرا إلكترون فولت (7.10¹² eV). من أجل الوصول إلى مثل هذه الكمية الكبيرة من الطاقة ، يتم تسريع البروتونات والإلكترونات إلى أكثر من 99٪ من سرعة الضوء.

في الصورة ، واحدة من التجارب التي أجريت في أكبر معجل للجسيمات في العالم ، LHC.

أبسط معجلات الجسيمات هي مولد فان دير غراف انها ال أنبوب أشعة الكاثود (تُستخدم في أجهزة تلفزيون CRT ، والمعروفة أيضًا باسم أجهزة التلفزيون الأنبوبية) ، وكلاهما مسرّع خطي و الكهرباء الساكنة. الخطي لماذا تفعل الشحنات الكهربائية اكتساب السرعة على طول مسار مستقيم ، والكهرباء الساكنة من خلال العمل مع مجالاتكهربائيالثوابت أي أنها لا تختلف بمرور الوقت.

تتميز مسرعات الجسيمات الحديثة بمسرعات خطية ودائرية. مثال على المسرعات الحديثة هو LHC (مصادم هادرون كبير). في المصادم LHC ، تُحقن البروتونات في معجل خطي ، ثم يتم توجيه حزمة البروتونات هذه إلى سلسلة من الحلقات. في هذه الحلقات ، يتم موازاة شعاع البروتون بشكل متزايد بواسطة المجالات المغناطيسية وتسريعها بواسطة المجالات الكهربائية الديناميكية.

ما هو مسرع الجسيمات؟

مسرعات الجسيمات لها استخدامات عديدة ، وأكثرها شيوعًا هو الذي يبحث عنه "تصور" الجسيمات الفرعية النشطة للغاية، مثل ال جسيمات دون الذرية و ال بوزونات هيغز. لا يمكن ملاحظة هذه الجسيمات إلا لفترات وجيزة جدًا ، عندما تصطدم ذرتان تتحرك بسرعة قريبة جدًا من سرعة الضوء وجهاً لوجه.

تبحث بعض مسرعات الجسيمات في التصادمات عالية الطاقة بين الجسيمات.

مسرعات الجسيمات تعمل أيضًا على إنتاج إشعاع السنكروترون.. الإشعاع السنكروتون هو الاسم الذي يطلق على موجات كهرومغناطيسية المنبعثة من الجسيمات المتحركة في الحلقة الدائرية لمسرع الجسيمات. ينبعث الإشعاع من الجسيمات المتسارعة ، وبالتالي بعض مسرعات الجسيمات يمكن أن تنتج "خطوط ضوء" مختلفة - الأشعة السينية وأشعة جاما وأي ترددات مطلوبة. تُستخدم هذه الإشعاعات للأغراض الأكثر تنوعًا: التحليل الهيكلي للمواد ، وعلاجات الأورام ، واختبارات الصور ، وما إلى ذلك.

نظرةأيضا: اكتشف الجسيمات الفرعية التي تؤدي إلى ظهور البروتونات والنيوترونات

أين مسرعات الجسيمات؟

توجد معظم مسرعات الجسيمات في الجامعات ومراكز الأبحاث حول العالم. حاليا هناك حوالي 30 الفا مسرعات الجسيمات قيد التشغيل.

مسرعات الجسيمات في البرازيل

البرازيل لديها مسرعات جسيمات كبيرة في مختبر ضوء السنكروتون الوطني (LNLS) ، من بينها تبرز سيريوس، أحد أحدث مصادر ضوء السنكروتون من الجيل الرابع في البرازيل والعالم. مسرع الجسيمات الجديد قيد التنفيذ وسيخدم عدة أغراض ، مثل البحث الأكاديمي المتعلق بالطاقة والبيئة والدفاع والصناعة والصحة ، إلخ.

سيكون مسرع Sirius قادرًا على إنتاج خطوط من الضوء أقوى بمليارات المرات من تلك التي ينتجها UVX، تم افتتاحه في عام 1997 وأغلق في عام 2019. بهذه الطريقة يمكن إجراء أبحاث جديدة ، تعزيز تنمية العلوم الوطنية.

بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-um-acelerador-particulas.htm