V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
5 Elementární částice
a vyvolá tam patřičné jaderné procesy. Trubice obklopená velkým množstvím segmentů
elektromagnetu (více než 100 segmentů), který budí magnetické pole udržující částice kruhové
orbitě. Synchrotron urychluje již předběžně urychlené částice, které urychlovací komory vstřikují
z vhodného injektoru, kterým bývá nejčastěji lineární urychlovač energií cca 20-100MeV. antiprotonů, pionů, mionů, kaonů, hyperonů. Získáváme tak sekundární svazky např. stejném tempu snižuje frekvence oběhu částic v
konstantním magnetickém poli: mo. Chceme-li použít cyklotronu urychlování částic vyšší energie, kdy rychlost částic je
již srovnatelná rychlostí světla, přestává být hmotnost částice konstantní, ale zvyšuje s
rostoucí rychlostí: mo/√(1-v2/c2).
Schématické znázornění jeho principu pravé části obr. Takto upravený cyklotron
se "synchronizací" nazývá synchrocyklotron nebo relativistický cyklotron (ve starší literatuře vyskytuje
i název "fázotron").RNDr. Takto synchronně pracující urychlovač pevnou kruhovou drahou se
nazývá synchrotron (ve starší literatuře vyskytoval název "synchrofázotron", "bevatron", "kosmotron"). U
velkých přístrojů může být předurychlení vícestupňové nejdříve lineární urychlovač, pak
menší synchrotron, který injektuje částice hlavního urychlovače (synchrotronu). K
separaci částic používá proměnných elektrických magnetických polí, fokusaci svazků se
používá magnetických čoček, většinou kvadrupólovém uspořádání, kde kříží dvě magnetická
http://astronuklfyzika. protonů terčík
vzniká množství částic nejrůznějších druhů, nichž můžeme soustavou elektrických magnetických
polí "odseparovat" částice požadovaného druhu, fokusací zformovat svazek zamířit další
terčík. Spolu magnety
jsou vhodných místech kruhové dráhy umístěny urychlovací elektrody napájené střídavým
vysokým napětím, jehož frekvence synchronně modulována tak, aby částice mezi elektrody přišla
v době, kdy polarita zajistí vždy další další urychlení částice.
Synchrotron pracuje pulsním režimu, kdy protony vstupující pravidelných dávkách injektoru
do urychlovací trubice při energiích řádově 100MeV, vykonají během urychlovacího cyklu, trvajícího
cca 3-5 sekund, několik milionů oběhů, přičemž urychlí řádově 100GeV několik TeV;
magnetické pole průběhu urychlovacího cyklu vzroste hodnoty desetin Tesla několik T.
S n
Pro urychlování částic velmi vysoké energie vychází kruhovém urychlovači velký poloměr
jejich orbit, takže cyklotronový způsob spirálovým pohybem částic ploché vakuové komoře již
není prakticky použitelný. Tyto přístroje pracují pulsním režimu, přičemž kmitočet urychlovacího napětí
na duantech modulován mění cca 50-krát vteřinu hodnot cca 25MHz cca 12MHz, používají
se pro urychlování protonů energie cca 1GeV. Aby dokonale vakuový prostor nebyl enormně velký, stejně
jako elektromagnety, nutno použít kruhové urychlovače pevnou kruhovou drahou. pouze nerelativistické
oblasti. Aby se
nabitá částice urychlovala udržela pevné kruhové dráze poloměru potřeba aby s
rostoucí rychlostí v(t) urychlovaných částic časem synchronně zvyšovala jak frekvence f
(t) urychlovacího napětí, tak intenzita magnetického pole B(t), která již nemůže být konstantní, ale
je rovněž funkcí času.cz/JadRadFyzika5.6. Při nárazu svazku např.
Nastíněný princip činnosti cyklotronu bude při konstantní frekvenci fungovat jen doby,
kdy hmotnost urychlované částice můžeme považovat konstantní, tj.5.1.√(1-v2/c2)). Částice jsou urychlovány ve
vakuové trubici průměru cca 3-8cm (většinou eliptického průřezu), stočené kruhu průměru
stovek metrů několika kilometrů(!). Současně frekencí zvyšována intenzita
B historických důvodů nazývaná magnetickou indukcí) magnetického pole. Vojtěch Ullmann: Jaderná radiační fyzika.
Po skončení urychlovacího cyklu dopadají částice buď vnitřní terčík, nebo jsou
vyvedeny elektromagnetickým polem vnější terčík, popř.v/(q. Aby mohla být částice dále urychlována v
této relativistické oblasti, potřeba modulovat frekvenci urychlovacího napětí tak, aby byla stále
v rezonanci frekvencí oběhu částice; nebo zesilovat magnetické pole.10. 1.htm (36 43) [15.
Urychlovací cyklus periodicky opakuje cca 5-10-krát minutu. jsou vedeny akumulačního prstence
pro realizaci interakcí částic vstřícných svazcích.2008 12:13:46]
.B
