شتاب‌دهنده‌ها و آشکارسازهای ذرات – قسمت سوم

شتاب‌دهنده‌هاي AC

شتاب‌دهنده‌هايي كه با استفاده از ميدان الكتريكي با فركانس راديويي (rf) كار مي‌كنند به دو دسته‌ي خطي و چرخه‌اي تقسيم مي‌شوند.

شتاب‌دهنده‌هاي خطي

در يك شتاب‌دهنده‌هاي خطي يا «ليناك»، يون‌ها از يك سري لوله‌هاي فلزي به نام لوله‌هاي جابه‌جا‌كننده كه در يك محفظه خلاء قرار گرفته‌اند و متوالياً به ترمينال‌هاي يك نوسانگر آر اف (RF يا فركانس راديويي) متصل هستند، عبور مي‌كنند.

(به شكل نگاه كنيد).

يون‌هاي مثبت كه به وسيله‌ي ميدان اعمال شده به آن‌ها شدت مي‌يابند، به سمت اولين لوله‌ جابه‌جاكننده حركت مي‌كنند. اگر آكترناتور بتواند جهت خود را قبل از عبور ذرات از لوله عوض كند، ذرات ضمن خروج از لوله اول و ورود به لوله‌ي دوم نيز شتاب مي‌يابند و اين امر براي لوله‌هاي بعد تكرار مي‌شود. در اين نوع شتاب‌دهنده‌، ذرات به صورت دسته‌هايي شتاب مي‌يابند و از آنجايي كه ذرات در حال شتاب هستند، سرعت آن‌ها دائماً افزايش مي‌يابد و به همين دليل طول لوله‌هاي جابه‌جا كننده نيز بايستي به ترتيب افزايش يابد تا امر شتاب‌دهندگي مرتباً ادامه يابد.

براي توليد يك باريكه‌ي مناسب، ذرات بايستي با ميدان RF هم‌فاز باشند و كانوني نگه داشته شوند.

در مورد الكترون‌ها، به اين نكته بايد توجه كرد كه سرعت آنها سريعاً به سرعت نور نزديك مي‌شود. در اين صورت و به همين دليل، لازم است اصلاحي در شتاب‌دهنده‌ي خطي صورت گيرد تا كارايي بيشتري داشته باشد. دسته ذرات از يك موجبر مستقيم كه در آن خلاء برقرار است، گذارنده مي‌شوند كه در آن شكاف‌هايي به‌طور متناوب تعبيه شده است. (مشابه شتاب‌دهنده‌هاي يوني). با استفاده از نوسانات فركانس راديويي در شكاف‌ها يك موج الكترومغناطيسي رونده تشكيل مي‌شود كه داراي يك ميدان الكتريكي با مؤلفه‌ي طولي است و به صورت هم‌فاز با ذرات حركت مي‌كند. تا جايي‌كه بتوان اين همفازي را حفظ كرد. ذرات به طور پيوسته شتاب مي‌يابند. انرژي با فركانس راديويي متناوباً به موجبر، پمپ مي‌شود تا بدين‌ وسيله‌ اتلاف ناشي از مقاومت جبران شود و انرژي لازم را براي شتاب‌يافتن الكترون‌ها تأمين نمايد. بزگترين شتاب‌دهنده‌ي خطي الكترون در آزمايشگاه اسلك (SLAC) در استنفورد آمريكا قرار دارد و داراي انرژي بيشينه‌ي 50GeV است. اين شتاب‌دهنده‌ بيش از 3 كيلومتر طول دارد.

يك راه‌ هوشمندانه براي كاهش طول زياد شتاب‌دهنده‌هاي خطي توسط تجهيزات شتاب‌دهنده پيوسته‌ي باريكه‌ي الكتروني (CEBAF) درآزمايشگاه جفرسون آمريكا به كار گرفته شده است. در اين دستگاه از اين واقعيت استفاده مي‌شود كه در انرژي بيش از 50MMeV ، سرعت الكترون‌ها به سرعت نور بسيار نزديك مي‌شود و به همين دليل الكترون‌هايي كه داراي انرژي متفاوت هستند را مي‌توان در لوله‌ جابه‌جا‌كننده يكساني، شتاب داد.

ماشين CEBAF از دو شتاب‌دهنده‌ي خطي بسيار كوچك‌تر تشكيل شده است. باريكه‌اي كه از يك شتاب‌دهنده‌ي خطي خارج مي‌شود، خميده شده و به درون شتاب‌دهنده‌ي دوم هدايت مي‌شود. اين كار تا چهار دوره تكرار مي‌شود. حتي با وجود اتلافي كه بر اثر خميده‌كردن مسير حركت ذرات رخ مي‌دهد، ذراتي كه نهايتاً از شتاب‌دهنده‌ خارج مي‌شوند، داراي انرژي بين 0.5 تا 6GeV هستند.