7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

1/13

Profesor Martin Amelia

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

2/13

Noiuni introductive

Clasifcarea acceleratoarelor de

particuleAcceleratorul liniar

Acceleratorul ciclic. Noiuni generale

Ciclotronul

BetatronulLarge Hadron Collinder (Acceleratorul

din laboratorul CERN)

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

3/13

Acceleratorul de particule este o instalaie complex,

folosit pentru a accelera particule elementare.

Se accelereaz n mod direct doar particulele ncrcate

electric, folosind ca principiu de accelerare: interaciuneaparticulelor cu cmpuri electrice i magnetice.

Cea mai simpl posibilitate de accelerare a unei particule

ncrcate este de a o trece printr-o diferen de potenial U,

ceea ce duce la creterea energiei sale cu: E = q U

! sarcina electric a particulei

U ! tensiunea de accelerare

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

4/13

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

5/13

Tipul Denumirea Cmpmagnetic Particuleleaccelerate

Acceleratorielectrostatici

Transformatorul de nalt tensiune

! "rice particulncrcat electric

Tip Coc#roft !$alton

Tip %an de &raaff

Acceleratori liniari 'iniar ! Particule grele

Acceleratori dere(onanta

Ciclotronul Constant p, d, ) ioni

*incrociclotron +fa(atron, Constant p, d,

*incrotron %aria-il e

*incrofa(otron +cosmotron)sincroton de protoni, %aria-il p, d

Acceleratori prininducie

.etatronul %aria-il e

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

6/13

Acceleratorul liniar este constituit din mai muli electro(i cilindrici) ae(aiunul dup altul) centrai) de lungime crescnd i legai prin -are dealimentare la un generator de nalt frec/en0Primul accelerator liniar a fost imaginat n 1231) de D0 *loan i E0 'a4rence0

Mecanismul de funcionare :

se in5ectea( fasciculul de particule care tre-uie accelerate n lungul a6eicomune a electro(ilor cilindrici

7n interiorul cilindrilor) cmpul electric este nul) iar n spaiul dintre doi cilindrisuccesi/i) e6ist un cmp electric alternati/) cu o frec/en egal cu frec/enageneratorului'ungimile electro(ilor sunt calculate

astfel nct) la fiecare trecere a

particulei prin inter/alul dintre doielectro(i) cmpul electric s ai-

o polaritate care s accelere(e particula

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

7/13

Timpul necesar str-aterii distanei dintre dou inter/ale de accelerare este8t = '9/) unde ' repre(int lungimea unui cilindru i / este /ite(a particuleiPentru ca particula s a5ung n inter/alul accelerator o dat cu sc:im-areapolaritii) timpul t tre-uie s fie egal cu 5umtate din perioada T i depinde defrec/ena a generatorului de nalt frec/en8

t = T9; =1 9 +; ,Unul dintre cele mai importante acceleratoare liniare din

lume este *'AC +*tanford 'inear Accelerator,) care are 3); #m lungime i accelerea( electroni pn la ;

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

8/13

7n acceleratorul ciclic particula trece n mod repetat prin acelai inter/al de accelerare i esteo-ligat s parcurg o traiectorie circular prin introducerea unui cmp magnetic)perpendicular pe /ite(0Asupra particulei care se deplasea( n cmpul magnetic

uniform acionea( fora 'orent( care 5oac rolul de for centripet8 m/;9 = q / . 7n aceast relaie m este masa particulei) / /ite(a sa) q sarcina electric a particulei) . inducia magnetic i este ra(a traiectoriei circulare0

Pe traiectoria circular se plasea( inter/alele de accelerare n care energia cinetic aparticulei crete cu /aloarea E = q U) unde U este diferena de potenial aplicat0Brec/ena cmpului accelerator tre-uie s fie reglat astfel nct particula s a5ung ntreelectro(i n momentul n care cmpul are /aloarea ma6im i sensul necesar pentruaccelerare0A/anta5ul acceleratorului ciclic fa de cel liniar este c topologia circular permite accelerarea continu)astfel nct particulele pot tran(ita la infint0 Un alt a/anta5 este c acceleratorul circular este mai mic dect celliniar n compara ie cu puterea lor0

7n funcie de puterea i acceleraia particulelor) acceleratoarele ciclice au un de(a/anta58 particulele emitradiaii ale sincrotronilor0 Cnd o particul ncrcat este accelerat) ea emite radia ii electromagnetice iemisii secundare0 Aa cum o particul) care se deplasea( n cerc) accelerea( tot timpul ctre centrulcercului) ea emite n continuu radiaii ctre tangenta la cerc0 Aceast radiaie se numete lumin sincrotroni depinde n mare parte) de masa particulei0 Unele acceleratoare) precum sincrotonul sunt create specialpentru a produce acea lumin sincroton) adica ra(a @0

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

9/13

Ciclotronul este un accelerator ciclic de rezonan n care particulele se miccircular, folosindu-se n acest scop, cmpuri magnetice omogene.

Ciclotronul a fost in/entat n 12;2 de Ernest 'a4rence la Uni/ersitatea California+.er#ele>,0 Primul dispo(iti/ funcional a accelerat protoni +n 1231, la o energiema6im de 1 e% +un milion de electron/oli,0Ciclotronul este constituit din dou piese metalice numiteduani) legai la un generator de nalt frec/en i plasai

ntr!un cmp magnetic uniform) generat de unelectromagnet) perpendicular pe traiectoria particulei

ncrcate0 Mecanismul de funcionare

'a micarea prin duant particula este supus numai aciunii cmpului magnetic)asupra sa acionnd fora 'orent( care o o-lig s descrie o traiectorie circular0'a trecerea dintr!un duant n altul) cmpul electric are o astfel de polaritate nctaccelerea( particula i energia sa cinetic crete cu E = q U0 Pe msur ce energiacinetic crete se mrete i ra(a a traiectoriei0Particula parcurge 5umtate din traiectoria sa circular) printr!un duant) n 5umtate dinperioad0 elaia dintre perioada T i frec/ena este8q sarcina electric a particulei accelerate!m masa particulei accelerate!" raza cercului traiectorie! # $iteza particulei!

% inducia cmpului magnetic

"elaia arat cpentru $iteze nerelati$iste frec$ena nu depinde de $iteza particulei

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

10/13

Energia ma6im +Ema6, pe care o poate atinge o particul n ciclotron depinde de ra(ama6im a duanilor +ma6,8

#ma& $iteza ma&im pe care o poate atinge particula

Ciclotronii pot accelera particule ncrcate electric pn la energii de ordinul sutelorde &e%0'a /ite(e mari) relati/iste) nu se mai respect condiia de sincronism ntre micarea

particulei ncrcate i in/ersarea polaritii cmpului electric din spaiul dintre

duani) astfel nct particula nu mai poate fi accelerat0 Pentru meninerea condiiei de sincronism putem s /ariem frec/ena generatorului +sincrociclotron,sau s /ariem

inducia cmpului magnetic +sincrotron,0Ciclotronii sunt foarte utili pentru aplica iile cu energie mic

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

11/13

.etatronuleste un accelerator de electroni de tip inducti/) care funcionea( pe principiultransformatorului electric n care secundarul este un tor /idat n care se pot mica electronii

in5ectai n acest spaiu0 Deoarece aici nu e6ist re(isten electric) energia transmis dinprimar) prin inducie) /a crete energia electronilor0Electronii descriu o traiectorie circular de ra( fi6) ntr!un cmp magnetic cu /ectorulinducie magnetic perpendicular pe /ite(0 Creterea induciei duce la accelerareaelectronilor0 Cnd cmpul magnetic atinge /aloarea ma6im) electronii sunt trimii pe o intn care produc radiaie @ dur de frnare0*pre deose-ire de un ciclotron sau un sinctrotron) -etatronul

este un dispo(iti/ asincronic +frec/ena de oscilaie a cmpuluimagnetic nu este direct legat de frec/ena de rotaie a

particulelor n camera de /id,0Primul -etatron funcional +de ;)3 e%, a fost construit n anul12F< de Donald $0 Gerst la Uni/ersitatea Hllinois+Ur-ana!C:ampaign,0 Un prototip comercial +de ;F e%, a fost

fa-ricat de &eneral Electric n 12F10A/anta5ul-etatronului consta n posi-ilitatea accelerrii de electroni +cu o masa de repausrelati/ redus, la energii mult peste energiile la care masa acestora crete aprecia-il +unefect de relati/itate restrns la energii compara-ile cu masa de repaus a particulei

respecti/e,0Un de(a/anta5al acestui accelerator este c energia electronilor nu poate atinge o /aloareprea mare) deoarece electronii de /ite( mare care se mic accelerat pe traiectorii circulare)emit fotoni) i micorea( energia i i modific traiectoria07n aplicaiile de cercetare -etatronul a fost nlocuit de sincrotron0

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

12/13

'arge Iadron Collider este) la ora actual) cel mai puternic accelerator de particule de care

dispun fi(icienii0 El se afl n la-oratorul CEJ +'a-oratorul European pentru Bi(icaParticulelor Elementare,) situat ntre Bran a i El/e ia0) la cte/a (eci de metri su- pmnt) ntins pe o distan de ;K #m i au lucrat la el peste L

7/25/2019 0 Acceleratoare de Particule

13/13

Coordonator H0 .unget ! Compendiu de fi(ic) Ed0 Otiinific iEnciclopedic) .ucureti) 120 "ncescu ! QBi(icaQ) Ed0 didactica i pedagogic) 12LKG0i:in ! QBi(ica nuclear e6perimentalQ) Ed0 Te:nica) 12;

Hnternet ! $i#ipedia0org

Ciocniri de protoni