WikiSysop: bnz

2022-04-28T17:31:20Z

bnz

←Starija inačica		Inačica od 28. travanj 2022. u 17:31
Redak 1:		Redak 1:
	~~<!--'''Akcelerator čestica'''-->~~[[datoteka:Particle accelerators 1937.jpg\|300px\|mini\|desno\|Jedan od prvih Cockcroft-Waltonovih akceleratora čestica iz [[1937.]], a sada se nalazi u [[Muzej znanosti\|Muzeju znanosti]] u [[London]]u.]]		[[datoteka:Particle accelerators 1937.jpg\|300px\|mini\|desno\|Jedan od prvih Cockcroft-Waltonovih akceleratora čestica iz [[1937.]], a sada se nalazi u [[Muzej znanosti\|Muzeju znanosti]] u [[London]]u.]]

	[[datoteka:Lineaer accelerator en.svg\|300px\|mini\|desno\|Skica Ising/Widerøe ideje stvaranja linearnog akceleratora, koji je koristio [[Izmjenična električna struja\|izmjenično električno polje]] (1928.).]]		[[datoteka:Lineaer accelerator en.svg\|300px\|mini\|desno\|Skica Ising/Widerøe ideje stvaranja linearnog akceleratora, koji je koristio [[Izmjenična električna struja\|izmjenično električno polje]] (1928.).]]

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-08-27T15:37:31Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

[[datoteka:Particle accelerators 1937.jpg|300px|mini|desno|Jedan od prvih Cockcroft-Waltonovih akceleratora čestica iz [[1937.]], a sada se nalazi u [[Muzej znanosti|Muzeju znanosti]] u [[London]]u.]]

[[datoteka:Lineaer accelerator en.svg|300px|mini|desno|Skica Ising/Widerøe ideje stvaranja linearnog akceleratora, koji je koristio [[Izmjenična električna struja|izmjenično električno polje]] (1928.).]]

[[datoteka:Li6-D Reaction.svg|mini|desno|300px|[[Nuklearna reakcija]] u kojoj [[deuterij]] bombardira [[litij]]-6 (<sup>6</sup>Li), a nastaju dvije [[alfa-čestica|alfa-čestice]] ([[proton]]i su prestavljeni crvenim kuglicama, a [[neutron]]i plavim kuglicama).]]

[[datoteka:Cyclotron patent.png|300px|mini|desno|Skica [[Ernest Orlando Lawrence|Lawrenceovog]] ciklotrona iz 1934. Ciklotron ubrzava čestice [[Izmjenična električna struja|izmjeničnim električnim poljem]] između dviju elektroda u obliku slova D, smještenih u [[vakuum]]skoj komori između polova velikoga i snažnoga [[magnet]]a.]]

[[datoteka:Orsay proton therapy dsc04443.jpg|300px|mini|desno|Dio nekadašnjeg sinkrociklotrona ([[Orsay]], [[Francuska]]).]]

[[datoteka:CERN akceleratori.png|desno|mini|300px|Akcelerator čestica i objedinjavanje prethodnih razvojnih koraka u akceleratorskom kompleksu supersudarivača LHC (Veliki hadronski sudarivač), u [[CERN]]-u kraj [[Ženeva|Ženeve]]. [[Proton]]i, [[ion]]i, [[elektron]]i i [[pozitron]]i početno se ubrzavaju u linearnim akceleratorima (LINAC), zatim u starom protonskom sinkrotronu iz 1959. (PS), odnosno u elektronskom sinkrotronu (BOOSTER). Sljedeći je korak ubrzavanje u prstenu supersinkrotrona (SPS) i konačno upućivanje u golemi prsten LEP/LHC na daljnje [[Ubrzanje|ubrzavanje]].]]

[[datoteka:Inside the CERN LHC tunnel.jpg|desno|mini|300px|Nekadašnji tunel za '''LEP''' (Veliki sudarivač elektrona i pozitrona) u [[CERN]]-u, koji je dio [[Veliki hadronski sudarivač|Velikog hadronskog sudarivača]] ili '''LHC'''-a.]]

[[datoteka:Construction of LHC at CERN.jpg|mini|desno|3000px|[[Kompaktni mionski solenoid]] ('''CMS''') detektor za [[Veliki hadronski sudarivač]] ('''LHC''').]]

'''Akcelerator čestica''', '''ubrzivač čestica''' ili '''sudarivač''' je [[stroj|uređaj]] u kojem se [[Električni naboj|električki nabijene]] čestice ([[elektron]]i, [[proton]]i, [[ion]]i i druge) stalnim ili izmjeničnim [[Električno polje|električnim poljima]] [[ubrzanje|ubrzavaju]] do visokih [[kinetička energija|kinetičkih energija]]. Konačna [[energija]] čestica ovisi o vrsti akceleratora. Akcelerator čestica upotrebljava se u [[fizika elementarnih čestica|fizici elementarnih čestica]] za istraživanje strukture tvari (stvaranje novih [[Elementarna čestica|elementarnih čestica]] i istraživanje nepoznatih svojstava osnovnih međudjelovanja), u [[Nuklearna medicina|nuklearnoj medicini]] za liječenje [[Ionizirajuće zračenje|zračenjem]], u industriji za neke tehnološke procese ([[sterilizacija]], [[polimerizacija]]), [[Kontrola bez razaranja|ispitivanje materijala]], proizvodnju [[radionuklid]]a i drugo. <ref> '''akcelerator čestica''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=1088] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.</ref>

Akcelerator čestica sastoji se od triju glavnih dijelova:
* od izvora električki nabijenih čestica,
* od [[vakuum]]ske komore u kojoj se čestice ubrzavaju i od
* uređaja koji stvaraju električna polja potrebna za ubrzavanje.

Prvi akceleratori bili su oni sa stalnim [[napon]]om između krajeva vakuumske komore. Oni su stoga linearni, a čestice se ubrzavaju jednim prolazom kroz [[električno polje]]. Prema načinu stvaranja visokog napona na [[anoda|elektrodama]], akcelerator čestica tog tipa jest kaskadni, Cockcroft-Waltonov ([[John Cockcroft]] i [[Ernest Walton]], 1932.), i elektrostatički, [[Van de Graaffov generator|Van de Graaffov]] ([[Robert J. Van de Graaff]], 1931). Cockcroft-Waltonov akcelerator čestica prikladan je i kao izvor [[neutron]]a putem [[nuklearna reakcija|nuklearnih reakcija]] [[deuteron]]a s [[deuterij]]em ili [[tricij]]em. Takav je neutronski generator izgrađen 1956. u [[Institut Ruđer Bošković|Institutu "Ruđer Bošković"]] u [[Zagreb]]u. Bio je to prvi [[Hrvatska|hrvatski]] nuklearni akcelerator i jedan od rijetkih u svijetu u to doba, a izgradila ga je skupina [[fizičar]]a i [[Elektronika|elektroničara]] pod vodstvom M. Paića, i to vlastitim snagama, u skladu s tadašnjim [[Povijest tehnologije|tehnološkim mogućnostima]], a u suradnji s [[Končar Elektroindustrija|tvornicama "Rade Končar"]] i "Radio industrijom Zagreb" ([[RIZ]]). Iz njegovih se tehničkih podataka vidi da je energija deuterona bila 200 k[[eV]], struja deuterona do 20[[amper|mA]], intenzitet neutrona 108/s za 2,5 MeV neutrone, a 1010/s za 14 MeV neutrone.

Tehničke granice u dosezanju visokih napona ograničuju i energije čestica ubrzanih u prvim akceleratorima. Rješenje je nađeno u višekratnom ubrzavanju kroz polje nižeg napona. To je 1932. prvi načinio [[Ernest Orlando Lawrence]] s [[ciklotron]]om, a zatim je to načelo primijenjeno u svim potonjim tipovima akceleratora. Oni se prema gibanju čestica dijele na linearne rezonantne i na kružne akceleratore. U kružne se ubrajaju ciklotron, sinkrociklotron, betatron i sinkrotron.

== Transmutacija ==
{{glavni|Transmutacija}}

Kod transmutacije (pretvorbe) [[kemijski element|kemijskih elemenata]] mogu se zbiti različite promjene. Tako na primjer može iz [[atomska jezgra|atomske jezgre]] izletjeti jedan [[proton]] ([[redni broj elementa]] se snizuje za jedan) ili [[alfa-čestica]] (redni broj elementa se snizuje za dva), ili se [[neutron]] pretvori u [[proton]], pa izleti [[elektron]] (redni broj elementa se povisuje za jedan). U nekim slučajevima pogođena jezgra izbaci [[pozitron]], pa se redni broj snizuje za jedan. Proučavanje promjena koje se zbivaju u atomskoj jezgri zadatak je [[Nuklearna fizika|nuklearne fizike]] ili fizike jezgre. Kao [[projektil]] za bombardiranje atomskih jezgara prilikom transmutacije elemenata služe alfa-čestice, neutroni, protoni i [[deuterij]]. Alfa-čestice dobivamo iz jednog [[radij]]eva preparata, protone dobivamo [[ionizacija|ionizacijom]] [[vodik]]a, a [[deuterij]]e ionizacijom teškog vodika. Neutroni nastaju prilikom bombardiranja [[berilij]]a alfa-česticama. Pri tom nastaje [[ugljik]], a otkinuta čestica je neutron s vrlo velikom brzinom. Ta se transmutacija predočuje ovom nuklearnom jednadžbom:

:<math> \mathrm{_4^9N + _2^4He \rightarrow _6^{12}C + _0^1n}</math>

Projektili kojima gađamo atomske jezgre moraju imati veliku [[kinetička energija|kinetičku energiju]], to jest veliku [[brzina|brzinu]]. Ako su projektili pozitivno električni, kao na primjer protoni, deuterij i alfa-čestice, odbijat će se pozitivno nabijene atomske jezgre. Oko jezgre postoji naime jako [[električno polje]] koje odbija i skreće u stranu sve pozitivno nabijene projektile koji joj se približe. Zbog toga proton, deuterij i alfa-čestica neće prodrijeti u atomsku jezgru ako nemaju dovoljno veliku brzinu, već će skrenuti na stranu i opisati [[hiperbola|hiperbolu]]. Kod toga neće ni sama jezgra ostati na miru jer je odbijanje uzajamno. Dogodit će se neka vrsta elastičnog [[sraz]]a, pa će projektil odletjeti na jednu, a jezgra na drugu stranu. Zato čestice kojima želimo prodrijeti u atomsku jezgru moraju imati vrlo veliku energiju koju dobivamo pomoću visokog [[električni napon|električnog napona]]. Za dobivanje tako velikih [[energija]] koje služe kod transmutacije elemenata, odnosno istraživanja atomskih jezgara, upotrebljavaju se posebni uređaji za ubrzavanje čestica koji se zovu akceleratori čestica. Među te akceleratore spada i [[ciklotron]]. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>

== Linearni rezonantni akcelerator ==
'''Linearni rezonantni akcelerator''' ubrzava čestice [[Izmjenična električna struja|izmjeničnim električnim poljima]] koja djeluju između šupljih [[Anoda|elektroda]] poredanih u nizu. Osciliranje [[napon]]a usklađuje se s prolazom čestica između elektroda, kako bi se postiglo opetovano [[ubrzanje|ubrzavanje]] (odatle naziv [[Rezonantna frekvencija u električnim titrajnim krugovima|rezonantni]] akcelerator). Najveći rezonantni linearni akcelerator izgrađen je u [[Sveučilište Stanford|Stanfordu]], [[SAD]] (eng. SLAC ili ''Stanford Linear Accelerator''). Duljina mu je 3.2 [[kilometar|kilometra]], ubrzava [[elektron]]e ili [[pozitron]]e do energije od 25 G[[eV]], koja je određena duljinom akceleratora.

== Ciklotron ==
{{glavni|Ciklotron}}

'''Ciklotron''' ([[Ernest Orlando Lawrence]], 1932.) ubrzava čestice izmjeničnim električnim poljem između dviju elektroda u obliku slova D, smještenih u [[vakuum]]skoj komori između polova velikoga i snažnoga [[magnet]]a. Čestice se u konstantnom [[magnetsko polje|magnetskom polju]], brzinom malenom prema [[brzina svjetlosti|brzini svjetlosti]], gibaju [[Kutna frekvencija|kružno frekvencijom]] koja je određena [[Elektromagnetska indukcija|indukcijom]] magnetskoga polja ali neovisna o svojoj energiji. Kada se na elektrode dovede [[električni napon]] iste [[frekvencija|frekvencije]], čestice počnu [[Sinkroni stroj|sinkrono]] ulaziti u prostor između elektroda, tako da se pri svakom prolazu ubrzaju. Kako rastu [[brzina]] i [[energija]] čestica, [[polumjer]] se njihove staze povećava i ona je [[Spirala|spiralna]]. Kada snop čestica dosegne rub komore, staza mu se s pomoću stalnog električnog polja svine tako da čestice izlaze iz akceleratora, pa se dobiva vanjski ciklotronski snop. Najveća energija [[deuteron]]a ubrzanih u klasičnom ciklotronu iznosi oko 25 M[[eV]].

Ciklotron se 1950-ih gradio i u [[Institut Ruđer Bošković|Institutu "Ruđer Bošković"]] u Zagrebu, gdje je u to doba postojala jaka elektroindustrija na čelu s [[Končar Elektroindustrija|tvornicama "Rade Končar"]] i [[RIZ]]-om. Idejni je projekt, nakon početnih dogovora iz 1949., razradio T. Bosanac, voditelj gradnje bio je M. Lažanski, a konstrukciju pojedinih većih dijelova vodio je E. Boltezar. Gradnja je trajala do 1961., kada je ciklotron pušten u rad. Promjer njegove ubrzivačke komore bio je 1 400 [[metar|mm]], [[magnetska indukcija]] u njoj bila je 1.4 [[Tesla|T]], a [[magnet]] je imao masu 82 [[tona|tone]]. Čestice za ubrzavanje, [[ion]]i, stvarali su se [[Ioniziranje|ionizacijom]] [[plin]]a [[Električni luk|električnim lukom]] u [[anoda|anodnoj]] komori. Napon za ubrzavanje čestica davao je visokofrekventni oscilator frekvencije oko 10 M[[Hz]], s pomoćnim [[Električni generator|visokofrekventnim generatorom]]. Glavna oscilatorska cijev po konstrukciji je vodom [[hlađenje|hlađena]], rastavljiva [[trioda]] s uzemljenom rešetkom izrađena prema projektu T. Bosanca. Ciklotron je mogao ubrzati [[proton]]e do energije od 8 M[[eV]], a [[deuteron]]e do 16 MeV. Najviše se upotrebljavao za proizvodnju [[radionuklid]]a za medicinske svrhe (radio[[farmaceutika]]). Godine 1973. započela je proizvodnja [[galij]]eva radionuklida Ga-67, dvije godine poslije i [[kripton]]ova radionuklida Kr-81m, oba za medicinsku dijagnostiku, a zatim i drugih radionuklida za znanstvena istraživanja.

== Sinkrociklotron ==
'''Sinkrociklotron''' (fazotron, ciklotron s moduliranom frekvencijom; [[Vladimir Veksler]] i, neovisno, [[Edwin McMillan]], 1945.) u tijeku ubrzavanja skupine [[ion]]a smanjuje frekvenciju izmjeničnog električnog polja na elektrodama za ubrzavanje kako bi kompenzirao smanjenje frekvencije kružnoga gibanja čestica. To smanjenje nastaje kod većih energija zbog [[Teorija relativnosti|relativističkog]] porasta mase čestica i slabljenja magnetskoga polja na većim promjerima. U sinkrociklotronu postižu se energije do približno 700 M[[eV]].

== Betatron ==
{{glavni|Betatron}}

'''Betatron''' ([[Joseph Slepian]], 1922. i [[Rolf Widerøe]], 1928.) tip je akceleratora u kojem se [[Indukcijski motor|induciranim električnim poljem]] ubrzavaju [[elektron]]i. Inducirano električno polje stvara se promjenama magnetskoga toka u središnjem dijelu betatrona, a [[magnetsko polje]] prisiljava elektrone na gibanje po kružnim stazama unutar torusne vakuumske komore. Povećavanjem magnetskoga polja povećava se i energija elektrona, a polumjer elektronske staze ostaje približno stalan.

== Sinkrotron ==
{{glavni|Sinkrotron}}

'''Sinkrotron''' (Vladimir Veksler i, neovisno, Edwin McMillan, 1945.) ubrzava [[elektron]]e i [[proton]]e. U njemu se [[magnetsko polje]] povećava tijekom ubrzanja jedne skupine čestica, tako da je polumjer zakrivljenosti njihovih staza stalan, pa se one gibaju po istoj kružnoj putanji unutar torusne komore. Prvi veliki sinkrotroni bili su '''Cosmotron''' u ''Brookhaven National Laboratory'' (BNL), Upton, [[New York]], [[SAD]] (1952., energija protona 3 GeV); '''Bevatron''' u ''Lawrence Berkeley National Laboratory'', [[Berkeley, Kalifornija|Berkeley, Kalifornija]], SAD (1954., 6 GeV) i sinkrotron ('''Synchrophasotron''') u [[Dubna|Dubni]], bivši [[Sovjetski savez]] (1957., 10 GeV). Premda su magneti bili torusni, promjeri staza i torusa od stotinjak i više metara zahtijevali su vrlo velike magnete, pa je to ograničavalo dosezanje bitno viših energija. Početkom 1950-tih rješenje je nađeno u načelu jakog [[Žarište|fokusiranja]] snopa nabijenih čestica, što se postiže zamjenom masivnoga magnetskih torusa nizom [[magnet]]a u kojima se jakost magnetskoga polja naizmjence radijalno povećava ili smanjuje. To je načelo omogućilo mnogo preciznije vođenje snopa ubrzanih čestica i time smanjenje presjeka i ukupne mase magneta i tako otvorilo mogućnost prema višim energijama akceleratora.

Najveći sinkrotron s jakim fokusiranjem jest LEP (engl. ''Large Electron–Positron Collider''), sagrađen 1989. u istraživačkom centru [[CERN]]. Smješten je u kružnom [[tunel]]u [[opseg]]a 27 [[kilometar]]a, ubrzavao je [[elektron]]e i [[pozitron]]e velikih energija. Veliki protonski sinkrotroni s jakim fokusiranjem snopa pomaknuli su energetske granice, osobito nakon povećanja [[Magnetska indukcija|magnetske indukcije]] [[Supravodljivost|supravodičkim]] magnetima. Tako je u ''Fermilabu'' u Bataviji, [[SAD]], u tunelu sinkrotrona promjera 2 km izgrađen dodatni prsten sa supravodičkim magnetima. U tom prstenu, koji čini ubrzivač '''Tevatron''', protoni se ubrzavaju do energije od 1 TeV (1012 eV), odnosno do milijun puta veće energije od prvih ubrzivača s početkom 1930-ih. Veliko povećanje energije raspoložive za proučavanje međudjelovanja čestica postignuto je razvojem i izgradnjom spremnika čestica, odnosno spremničkih prstenova.

=== Spremnici čestica ===
Napredak vakuumske tehnologije omogućio je održavanje vrlo velikog [[vakuum]]a i stvorena je mogućnost da se stabilne čestice, kao i njihove [[Antitvar|antičestice]], zadrže ("uskladište") u prstenastoj komori spremnika čestica, koji nije akcelerator, ali je nezaobilazan dio akceleracijskih sustava. Čestice i antičestice mogu u komori vrlo dugo kružiti pod djelovanjem magnetskih polja. Tako je omogućeno njihovo nakupljanje, te sudaranje suprotno kružećih snopova čestica, odnosno antičestica. U sudaru čestica energija koja je raspoloživa za istraživanje elementarnih procesa, tj. [[energija]] u koordinatnom sustavu [[težište|težišta]], znatno je veća nego pri bombardiranju nepokretnih meta.

== Sudarivač ==
Akcelerator u kojem se uspostavljaju suprotno kružeći snopovi ili pulsevi [[Elementarna čestica|elementarnih čestica]], odnosno [[antičestica]], posljednji je korak prema još višim [[energija]]ma za istraživanje elementarnih međudjelovanja. Budući da se povećanje efektivne energije postiže sudaranjem snopova čestica, takav se uređaj naziva sudarivač. Kako bi se ostvarila dovoljna učestalost sudara, kružeći snopovi trebaju sadržavati što više čestica. Zato sudarivač objedinjuje funkcije ubrzavanja i skladištenja čestica.

=== Supersudarivač ===
Projekti najvećih sudarivača nadmašuju znanstvene, tehnološke i gospodarske mogućnosti pojedinih zemalja i postaju globalni pothvati. Najveći projekt na kraju 20 stoljeća, u okviru [[CERN]]-a, kao širok međunarodni pothvat sudjelovanjem dvadesetak zemalja, jest izgradnja supersudarivača [[Veliki hadronski sudarivač]] (engl. ''Large Hadron Collider'', '''LHC'''). [[Supravodljivost|Supravodički]] [[magnet]]i koji svijaju putanje čestica smješteni su u [[tunel]]u divovskog elektronsko-pozitronskog sinkrotrona '''LEP'''-a.

== Izvori ==
{{izvori}}

== Poveznice ==
* [[Veliki hadronski sudarivač]] (eng. ''Large Hadron Collider'' ili '''LHC''')

[[Kategorija:Fizika elementarnih čestica]]

Akcelerator čestica - Povijest promjena

WikiSysop: bnz

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica