شتاب دهنده ذرات

شتاب دهنده، دستگاهی است که در آن ذرّات باردار ( مانند: ذرات بنیادی، هسته اتم ها یا اتم های یونیزه شده، مولکول ها یا قسمت های مولکول ) به وسیلهٔ میدان های الکتریکی یا مغناطیسی تا سرعت های بسیار زیادی شتاب داده می شوند. به طوری که سرعت بسیاری از آن ها، حتی تا نزدیکی های سرعت نور می رسد. انرژی جنبشی ذره در این حالت به این ترتیب، به اندازه چندین برابر انرژی در حال سکون آن می باشد ( رجوع شود به هم ارزی جرم و انرژی ) .
از شتاب دهنده ها در زمینه های مختلفی از فیزیک، از جمله در اندازه گیری های متعددی در فیزیک هسته ای استفاده می شود: یعنی از طریق شلیک ذرّات، توسط شتاب دهنده به سوی جسم در حال تحقیق ( Target ) و پراکندشدن آن ها و اندازه گیری، توسط یک دوربین یا به طور بهتر آشکارساز ( Detector ) .
در حال حاضر، بزرگ ترین شتاب دهنده در جهان در سرن قرار دارد.
شتاب دهنده ها اصولاً به دو دسته خطی و دایره ای تقسیم می شوند. مشهورترین شتاب دهنده های خطی یا لیناک و شتابدهنده واندگراف هستند، و شتاب دهنده های دایره ای عبارت هستند از: بتاترون، سیکلوترون، مایکروترون و سنکروترون.
شتابدهنده های ایستابرقی ( الکتروستاتیکی ) که در آن یون های منفی هیدروژن از پتانسیل زمین تا پتانسیل زیاد شتاب می گیرند و سپس باگذار از محفظه ای گازی یا برگه ای نازک، هر دو الکترونِ یون از آن کنده می شوند و پروتون باقی مانده دوباره شتاب می گیرد و به پتانسیل زمین می رسد را شتابدهنده دومرحله ای[ ۱] می گویند. [ ۲]
سیکلوترون ها
اشکال اساسی در شتاب دهنده های خطی، طول بلند آن ها برای حصول به انرژی های بالا است و این اشکال با ساختن اولین سیکلو ترون در سال۱۳۳۱–۱۳۲۹توسط لارنس و لینوینگستون مرتفع گردید. ذرات در مسیر مارپیچی شکل در داخل دو نیم کره فلزی میان تهی به نام دی ها و در فضای خلاء و در حالی که صفحات دی ها به یک ولتاژ تغییر دهنده علامت متصل هستند، تحت یک میدان مغناطیسی شتاب دار می شوند. لارنس این کار جدید خود که از یک مدار مارپیچی نیم دایره ای به جای مسیر خطی برای شتاب ذرات استفاده کرد، جایزه نوبل سال ۱۹۳۹ را به خود اختصاص داد.
یک سیکلوترون به صورت دو آهن ربای دوقطبی بزرگ طراحی شده برای ایجاد یک ناحیه نیم دایره ای میدان مغناطیسی یکنواخت که به طور یکنواخت به طرف پایین جهت گیری دارد، طراحی می شود.
یک ولتاژ نوسانی برای ایجاد یک میدان الکتریکی در عرض این شکاف اعمال می شود. ذرات به ناحیه میدان مغناطیسی یک مسیرِD خارج یک مسیر نیم دایره ای تزریق می شوند تا به شکاف برسند. بدین ترتیب میدان الکتریکی، به ذرات وقتی از آن عبور می کنند، شتاب می دهد.