Τι είναι ένας επιταχυντής σωματιδίων;

Επιταχυντήςσεσωματίδια είναι μια μηχανή ικανή να επιταχύνει φορτισμένα πρωτόνια, ηλεκτρόνια ή άτομα, να τα περιορίζει σε στενές δέσμες, με ταχύτητες κοντά ταχύτητα του φωτός, μέσω της εφαρμογής έντονης ηλεκτρικά πεδία και μαγνητική. Οι επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούνται για επιστημονική έρευνα και επίσης για την παραγωγή ακτινοβολίας συγχροντρόν.

Κοίταεπίσης: Ιονίζουσα ακτινοβολία - τι είναι, ποιοι είναι οι κίνδυνοι, σελοτι;και ταιριάζει

Πώς λειτουργεί ένας επιταχυντής σωματιδίων;

Επιταχυντές σωματιδίων Χρησιμοποιήστε ηλεκτρικά πεδία για να επιταχύνετε τα σωματίδια ως πρωτόνια και ηλεκτρόνια μέσω ενός μεγάλου πιθανή διαφορά. Η τροχιά αυτών των σωματιδίων ελέγχεται από ένα έντονο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, υπεύθυνο για την εστίαση της δέσμης σωματιδίων, καθιστώντας το όλο και πιο στενό.

Ο κινητική ενέργεια των σωματιδίων που κινούνται εντός των επιταχυντών μετράται σε μια μη συμβατική μονάδα, το βολτ ηλεκτρονίων (eV). Αυτή η μονάδα ισοδυναμεί με πόση ενέργεια αποθηκεύεται σε ένα ηλεκτρόνιο όταν υποβάλλεται σε α

ηλεκτρικό δυναμικό από 1 V. Ένα ηλεκτρονικό βολτ ισούται με περίπου 1,6.10^-19 J, και, στους σύγχρονους επιταχυντές σωματιδίων, είναι δυνατόν να επιτευχθεί συγκρούσειςμεταξύ σωματιδίων του οποίου η ενέργεια είναι κοντά στο 7 TeV (7.10¹² eV). Για να επιτευχθεί τόσο μεγάλη ποσότητα ενέργειας, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε περισσότερα από 99% της ταχύτητας του φωτός.

Στην εικόνα, ένα από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, το LHC.

Οι απλούστεροι επιταχυντές σωματιδίων είναι οι γεννήτρια van der graaf είναι το καθοδικός σωλήνας ακτίνων (χρησιμοποιείται σε τηλεοράσεις CRT, επίσης γνωστές ως τηλεοράσεις με σωλήνες), και οι δύο επιταχυντές γραμμικός και ηλεκτροστατική. Γραμμική γιατί ηλεκτρικά φορτία κερδίστε ταχύτητα σε ευθεία διαδρομή και ηλεκτροστατικά λειτουργώντας με πεδίαηλεκτρικόςσταθερές, Δηλαδή, δεν διαφέρουν με την πάροδο του χρόνου.

Οι σύγχρονοι επιταχυντές σωματιδίων διαθέτουν γραμμικούς και κυκλικούς επιταχυντές. Ένα παράδειγμα σύγχρονων επιταχυντών είναι το LHC (Large Hadron Collider). Στον LHC, τα πρωτόνια εγχύονται σε έναν γραμμικό επιταχυντή, τότε αυτή η δέσμη πρωτονίων κατευθύνεται σε μια ακολουθία δακτυλίων. Σε αυτούς τους δακτυλίους, η δέσμη πρωτονίων συγκεντρώνεται όλο και περισσότερο από μαγνητικά πεδία και επιταχύνεται από δυναμικά ηλεκτρικά πεδία.

Σε τι χρησιμεύει ο επιταχυντής σωματιδίων;

Οι επιταχυντές σωματιδίων έχουν πολλές χρήσεις, η πιο κοινή από αυτές είναι αυτή που αναζητά "οπτικοποιήστε" εξαιρετικά ενεργητικά υπο-σωματίδια, σαν το κουάρκ και το higgs μποζόνια. Αυτά τα σωματίδια μπορούν να παρατηρηθούν μόνο για πολύ σύντομες στιγμές, όταν δύο άτομα κινούνται με ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός συγκρούονται μπροστά.

Ορισμένοι επιταχυντές σωματιδίων διερευνούν πολύ ενεργητικές συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων.

Επιταχυντές σωματιδίων χρησιμεύει επίσης στην παραγωγή ακτινοβολίας συγχροντρόν.. Η ακτινοβολία Synchroton είναι το όνομα που δίνεται Ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκπέμπονται από σωματίδια που κινούνται στον κυκλικό δακτύλιο ενός επιταχυντή σωματιδίων. Η ακτινοβολία εκπέμπεται από επιταχυνόμενα σωματίδια, επομένως μερικοί επιταχυντές σωματιδίων μπορεί να παράγει διαφορετικές "γραμμές φωτός" - ακτινογραφίες, ακτίνες γάμμα και τυχόν επιθυμητές συχνότητες. Αυτές οι ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται για τους πιο διαφορετικούς σκοπούς: δομική ανάλυση υλικών, ογκολογικές θεραπείες, εξετάσεις εικόνας κ.λπ.

Κοίταεπίσης: Ανακαλύψτε τα υπο-σωματίδια που δημιουργούν πρωτόνια και νετρόνια

Πού είναι οι επιταχυντές σωματιδίων;

Οι περισσότεροι επιταχυντές σωματιδίων βρίσκονται σε πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα σε όλο τον κόσμο. Επί του παρόντος υπάρχουν περίπου 30 χιλιάδες επιταχυντές σωματιδίων σε λειτουργία.

Επιταχυντές σωματιδίων στη Βραζιλία

Η Βραζιλία διαθέτει μεγάλους επιταχυντές σωματιδίων στο Εθνικό Εργαστήριο Φωτός Synchroton (LNLS), μεταξύ αυτών ξεχωρίζει το Σείριος, μία από τις πιο σύγχρονες πηγές φωτός synchroton 4ης γενιάς στη Βραζιλία και στον κόσμο. Ο νέος επιταχυντής σωματιδίων εφαρμόζεται και θα εξυπηρετήσει διάφορους σκοπούς, όπως ακαδημαϊκή έρευνα που σχετίζεται με την ενέργεια, το περιβάλλον, την άμυνα, τη βιομηχανία, την υγεία κ.λπ.

Ο επιταχυντής Sirius θα είναι σε θέση να παράγει γραμμές φωτός δισεκατομμύρια φορές πιο έντονες από αυτές που παράγονται από το UVX, άνοιξε το 1997 και έκλεισε το 2019. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να πραγματοποιηθούν νέες έρευνες, ενίσχυση της ανάπτυξης της εθνικής επιστήμης.

Από τον Rafael Hellerbrock
Καθηγητής φυσικής

Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-um-acelerador-particulas.htm