シンクロトロンとは

研究所、カリフォルニア工科大学、パサデナ、カリフォルニア州のシンクロトロンの高角度ビュー。スーパーストック/ゲッティイメージズ

あ シンクロトロン は周期的な粒子加速器の設計であり、荷電粒子のビームが磁場を繰り返し通過して、通過ごとにエネルギーを獲得します。ビームがエネルギーを得ると、フィールドが調整されて、ビームが円形リングの周りを移動するときにビームの経路を制御し続けます。この原理は 1944 年に Vladimir Veksler によって開発され、1945 年に最初の電子シンクロトロンが建設され、最初の プロトン 1952年に建設されたシンクロトロン。

シンクロトロンのしくみ

シンクロトロンは、 サイクロトロン 、1930 年代に設計されました。サイクロトロンでは、荷電粒子のビームは、ビームをらせん状に導く一定の磁場の中を移動し、磁場を通過するたびにエネルギーを増加させる一定の電磁場を通過します。この運動エネルギーの隆起は、ビームが磁場を通過する際にわずかに広い円を移動し、別の隆起を得るということを意味し、必要なエネルギー レベルに達するまで続きます。

シンクロトロンにつながる改善点は、一定のフィールドを使用する代わりに、シンクロトロンが時間とともに変化するフィールドを適用することです。ビームがエネルギーを得ると、それに応じてフィールドが調整され、ビームを含むチューブの中心にビームが保持されます。これにより、ビームに対するより高度な制御が可能になり、デバイスを構築して、サイクル全体でエネルギーをさらに増加させることができます。

シンクロトロン設計の 1 つの特定のタイプは、ストレージ リングと呼ばれます。これは、ビーム内の一定のエネルギー レベルを維持することのみを目的として設計されたシンクロトロンです。多くの粒子加速器は、メインの加速器構造を使用してビームを目的のエネルギー レベルまで加速し、反対方向に移動する別のビームと衝突できるようになるまで維持するために蓄積リングに転送します。これにより、2 つの異なるビームを完全なエネルギー レベルにするために 2 つの完全な加速器を構築する必要なく、衝突のエネルギーを効果的に 2 倍にすることができます。

主なシンクロトロン

コスモトロンは、ブルックヘブン国立研究所で建設された陽子シンクロトロンでした。 1948 年に就役し、1953 年に完全な強度に達しました。当時、約 3.3 GeV のエネルギーに達しようとしていた最も強力な装置であり、1968 年まで稼働し続けました。

ローレンス・バークレー国立研究所のベバトロンの建設は 1950 年に始まり、1954 年に完成しました。1955 年に、ベバトロンは反陽子の発見に使用され、1959 年のノーベル物理学賞を受賞しました。 (興味深い歴史的メモ: 約 6.4 BeV のエネルギー (「数十億電子ボルト」) を達成したため、ベバトラオンと呼ばれていました。 SI単位 ただし、接頭辞のギガがこの音階に採用されたため、GeV に表記が変更されました。）

フェルミラボのテバトロン粒子加速器はシンクロトロンでした。陽子と反陽子を 1 TeV 弱の運動エネルギー レベルまで加速することができ、2008 年まで世界で最も強力な粒子加速器でした。大型ハドロンコライダー.大型ハドロン衝突型加速器の 27 キロメートルの主加速器もシンクロトロンであり、現在、ビームあたり約 7 TeV の加速エネルギーを達成できるため、14 TeV の衝突が発生します。