Cyclotron vs Synchrotron | מאיץ סינכרוטרון לעומת מאיץ סיקלוטרון
ציקלוטרון וסינכרוטרון הם שני סוגים של מאיצי חלקיקים. מאיצי חלקיקים הם מכונות שימושיות מאוד בכל הנוגע לתחום הפיזיקה הגרעינית. ההתנגשויות באנרגיה גבוהה של חלקיקים תת-אטומיים נותנות תצפיות טובות מאוד על אופי הגרעין. למי שלומד תחום כזה נדרש ידע מעמיק במאיצי סינכרוטרונים ומאיצי ציקלוטרון. במאמר זה, אנו הולכים לדון במה הם מאיצי ציקלוטרון וסינכרוטרון, העקרונות שעליהם מבוססות מכונות אלו, הדמיון ביניהן, היישומים ולבסוף בהבדלים בין מאיצי ציקלוטרון ומאיצי סינכרוטרון.
מהו מאיץ סינכרוטרון?
מאיץ סינכרוטרון הוא סוג של מאיץ חלקיקים. יש להבין תחילה את המושג מאיץ חלקיקים, כדי להבין מאיץ סינכרוטרון בבירור. כאשר חלקיק טעון מוקרן לשדה מגנטי, הוא נע במסלול מעגלי. מאיצי חלקיקים משמשים לחקר טבעם של אטומים וחלקיקים תת-אטומיים על ידי ביצוע התנגשויות במהירות גבוהה של חלקיקים כאלה וחקר ההתנגשות עצמה ותוצרי ההתנגשות. שדה מגנטי משמש ברוב המקרים כדי להאיץ את החלקיקים. השיטה המעשית להשגת התנגשויות במהירות גבוהה היא באמצעות שתי אלומות חלקיקים המסתובבות בכיוונים מנוגדים. באמצעות שיטה זו קל להשיג התנגשויות במהירות גבוהה עם מהירויות יחסיות של עד 99 אחוז ממהירות האור. עם זאת, תורת היחסות קובעת שלא יכולות להיות מהירויות יחסיות גבוהות ממהירות האור. לכן, נדרשת כמות עצומה של אנרגיה אפילו כדי להאיץ את אלומת החלקיקים למהירות גבוהה.מאיץ סינכרוטרון משתמש בשדה מגנטי משתנה ובשדה חשמלי משתנה, השומרים על אלומת החלקיקים במסלול מעגלי תקין כאשר האנרגיה מוגברת. מאיץ חלקיקים עשוי מטורוס בעל יכולת לשנות את עוצמת השדות החשמליים והמגנטיים בתוך הטורוס. הנתיב של קרן החלקיקים הוא הנתיב המעגלי העטוף על ידי הטורוס. הרעיון של מאיץ הסינכרוטרון פותח על ידי סר מרקוס אוליפנט. ולדימיר וקסלר היה האדם הראשון שפרסם מאמר מדעי על מאיצי סינכרוטרונים, ומאיץ סינכרוטרון האלקטרונים הראשון נבנה על ידי אדווין מקמילן.
מהו מאיץ סיקלוטרון?
מאיץ ציקלוטרון הוא גם מאיץ חלקיקים, המשמש בעיקר בפרויקטים בקנה מידה קטן. ציקלוטרון הוא תא ואקום מעגלי שבו תאוצת החלקיקים מתחילה במרכזו. החלקיקים עוברים נתיב ספירלי כשהם מואצים. הציקלוטרון משתמש בשדה מגנטי קבוע, ובשדה חשמלי בתדר קבוע כדי להאיץ את החלקיקים.
מה ההבדל בין מאיצי ציקלוטרון ל-Synchrotron?
• ציקלוטרון משתמש בשדה מגנטי קבוע ובשדה חשמלי בתדר קבוע, אבל הסינכרוטרון משתמש בשדות חשמליים ומגנטיים משתנים.
• סינכרוטרון עשוי מצינור בצורת טורוס, בעוד שהציקלוטרון עשוי מחדר גלילי או כדורי.
• מצב הסינכרוטרון משמש ברוב הפרויקטים בקנה מידה גדול, כגון מתנגש ההדרון הגדול (LHC) ב-CERN, אבל הציקלוטרון משמש בעיקר בפרויקטים בקנה מידה קטן.
