Embed Size (px)
Citation preview
Wykład 12 – Akceleratory
Elementy Fizyki Jądrowej
Selektor prędkości
q
B
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
E
v
źródło cząstek
BF
EF
B
EvqEqvB
Spektrometr masowy
B
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
E
v
'B
detektor cząstek
'qB
mvr'qvB
r
mv
2
Akceleratory
Akceleratory
urządzenia wytwarzające strumienie naładowanych
cząstek o (odpowiednio) dużej energii
izotopy radioaktywne
źródła naturalne
promieniowanie kosmiczne
reaktory jądrowe
źródła sztuczne
akceleratory
Akceleratory
przyspieszane cząstki: e, p, d, , jon
parametry energia: E, E/A
natężenie wiązki
źródło
cząstek akcelerator system
transport
u
target
detektor trigger
dst
daq
wyzwalacz zbieranie danych
zapis danych
V = 10 MV E k= 10 MeV
Akceleratory elektrostatyczne
kEVe
Jak osiągnąć wysoką różnicę potencjałów?
Akceleratory elektrostatyczne
V0
4V0
generator kaskadowy,
Cockroft, Walton (1932)
• maksymalnie V = 3 MV
• wyładowania…
• … akceleracja wstępna V0sint
V0+V0sint
V0
2V0
4V0
3V0
Cockcroft,
Walton
1932 – pierwsze rozbicie
jądra: 1H + 7Li 2 (300 kV)
Akceleratory elektrostatyczne
+ +
+
+
+
+
+
+ + +
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
generator Van de Graaffa
(1935)
• maksymalne V kilka MV
• upływ ładunku można zmniejszyć przez wypełnienie
azotem lub argonem pod ciśnieniem kilkunastu
atmosfer
Van de
Graaff
Tandem
+ + + + + - - - - -
elektroda dodatnia
kanał dodający ładunek kanał zdzierający ładunek
źródło jonów
Tandemy wielostopniowe - maksymalne V 20 MV
Akcelerator liniowy
Los Alamos, protony 800 MeV
SLAC (Uniwersytet Stanforda) 3 km, elektrony do 30 GeV
generator
przyspieszenie
wydrążone
elektrody(E = 0)
Częstość zmian pola elektrycznego dobrana tak, aby
cząstki trafiały w szczeliny w fazie przyspieszającej.
Akcelerator
liniowy
Cyklotron
B
r
mvqvB
2
m
qBrv
qB
m
v
rT
22
nie zależy od r !
m
qB
Tf
2
1
częstotliwość cyklotronowa
222
max
kin2
1RB
m
qE maksymalna energia kinetyczna:
Cyklotron
kompleks
Cyklotron
Cyklotron Uniwersytetu Warszawskiego przyspiesza
jony węgla do 10 MeV/nukleon
Podstawowe parametry: •Typ: Izochroniczny, AVF
•Średnica: 2 m
•Struktura magnetyczna: Cztery
sektory
•Napięcie przyspieszania 70 kV
•Metoda wyprowadzenia wiązki -
zdzieranie ładunku
•Zakres wartości stosunku
masa/ładunek jonów: 2-10
Synchrotron
injektor wyprowadzenie
wiązki
dipol magnetyczny -
pole magn. rośnie wraz z
pędem cząstki.
wnęki
przyspieszajace
Synchrotron
2
22
pc
RE
v
RT
energia pocz.
RE
pc
T
22
Częstość kołowa obiegu:
r
mvqvB
2
qR
pB
Pole elektryczne we wnękach przyspieszających
zmienia się z częstością taką, że: RE
pckk
2
Aby promień był stały, musi wzrastać B i
Kolajder
...by mieć protony o energii w środku masy 40 MeV:
20 MeV 20 MeV
800 MeV
BNL
Relativistic Heavy Ion Collider
0.997 · c
0.99995 · c
0.37 · c
0.05 · c
Akcelerator w tunelu 4 m pod
ziemią przyspiesza
przeciwbieżne wiązki jąder
atomowych do prędkości 99,95
prędkości światła.
Wiązka odchylana jest w polu
magnetycznym wytwarzanym
przez nadprzewodzące
magnesy umieszczone w
ciekłym helu o temperaturze
4,5 K.
•Energia zderzenia Ecms = 200 GeV
•Tysiące zderzeń na sekundę
•Podczas zderzenia wytwarza się temperatura
10 000 razy wyższa niż na Słońcu
RHIC
W eksperymentach bierze
udział ponad 1000 fizyków
z całego świata
Grupa naukowców i
studentów z Wydziału
Fizyki P.W. uczestniczy
w eksperymencie STAR
Rejestracja cząstek
Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC
RHIC
kriogenika ciekły hel
próżnia 5 · 10-10 tor
tunel 3.8 km
dipole 288 · 9.7 m, 3.45 T
1 g złota / 20 lat
~ 40 TeV !
20 tys.
miasto zużycie energii
Large Hadron Collider,
2008
CERN Genewa (Szwajcaria/ Francja)
obwód ok. 27 km
LHC
Nowe możliwości badania materii
•Energia (GeV) 200
•Liczba rejestrowanych cząstek 850
RHIC LHC 5500 28razy
1500-8000 ?
Oczekujemy odpowiedzi na pytania: 1. Dlaczego we Wszechświecie nie ma antymaterii? 2. Skąd się biorą masy cząstek? (cząstka Higgsa) 3. Czym jest „ciemna materia”? 4. …..
???http://www.youtube.com/watch?gl=PL&hl=pl&v=j50ZssEojtM
