1

Acceleratoare de particule

2

Definiţie. Clasificare.• Acceleratorul de particule este o instalaţie complexă cu ajutorul căreia,

particulele încărcate electric sunt accelerate sub acţiunea  câmpurilor electrice şi magnetice , până la energii cinetice foarte mari. Este utilizat la studiul particulelor elementare şi al structurii nucleului atomic .

• Există o mare varietate de acceleratoare de particule , ele putând fi clasificate după :

a) forma traiectoriei descrise de particule: rectilinie (acceleratoare liniare) sau curbilinie (ciclotronul);

b) după caracterul câmpului electric accelerator: directe, de inducție, rezonante și cu undă progresivă;

c) după domeniul de energii imprimate particulelor: relativiste, nerelativiste;

d) după natura particulelor accelerate: electroni, protoni.

3

Scopul accelerării particulelor

Sinteză (formare) de noi elemente cu ajutorul ionilor grei accelerați ; Găsirea celei mai mici particule subatomice, particula care stă la

baza Universului ; Ciocnirea cu alte particule staționare; ciocnire ce rezultă în

descompunerea în alte particule, ele putând fi urmărite și analizate cu diverse aparate (exemplu: camera cu ceață). Prin această ciocnire s-au descoperit cele mai multe particule subatomice.

Se accelerează particula la viteze tot mai mari pentru a se analiza comportamentul ei. Spre exemplu electronul accelerat își mărește masa ;

Obținerea unui flux extrem de ridicat de radiații X într-o instalație acceleratoare denumită sincrotron ;

Acceleratorul de particule este inventat pentru a vedea ce s-a întâmplat după primele secunde de la marea explozie cosmică Big-Bang.

4

Acceleratorul Liniar Definiţie :

Un accelerator liniar este un tip de accelerator la care particulele sunt ghidate pe o traiectorie liniară. Este utilizat de cele mai multe ori pentru accelerarea inițială a particulelor pentru un accelerator circular sau, pentru cele de energii foarte mari, direct pentru experimente de fizică.

Acceleratoarele liniare pot fi electrostatice (cum ar fi Generatorul Van de Graaff ) sau electrodinamice (cu cavități RF ).

Schema unui accelerator liniar rezonant

5

Un accelerator liniar rezonant se compune din mai multe cavități cilindrice

vidate, în interiorul cărora sunt produse câmpuri electrice de înaltă frecvență, cu

ajutorul unui generator de înaltă frecvență . Lungimea cilindrilor este astfel

aleasă încât, în timp ce un ion străbate unul dintre cilindri , faza generatorului să

varieze cu 180°; deoarece particula acumulează aceeași energie în timpul a două

accelerări succesive, lungimea ln a unui electrod de ordinul n este:

unde: T = perioada generatorului e = sarcina electronului m = masa electronului k = un număr întreg și pozitiv

Stabilitatea traiectoriei se realizează prin focalizare magnetică.

Un astfel de accelerator poate aduce protonii și ionii grei până la circa 70 MeV.

6

Un accelerator liniar cu cavităti RF. Un câmp electric alternativ este stabilit prin aplicarea unui voltaj alternativ la electrozi. Deoarece viteza particulelor crește în lungul traiectoriei, electrozii au lungimi diferite.

7

Generator Van de Graaff Generatorul Van de Graaff este un generator electrostatic care se bazează pe

încărcarea unei sfere metalice , goale în interior, cu ajutorul unei benzi izolate electrizate, prin contact pe suprafața interioară a sferei. Potențialul electric al acesteia este astfel ridicat până la limita maximă admisă de mediul în care se află sfera.

A fost creat de Robert Van de Graaff în 1929.

este alcătuit din două sfere conductoare S1 și S2, două benzi transportoare B1 și B2 și o sursă de tensiune continuă V. Pentru a mări tensiunea electrică între cele două sfere (limitată de tensiunea de străpungere a mediului) și deci energia particulelor accelerate, acestea sunt așezate într-un mediu de gaz comprimat (până la 10 - 15 atmosfere), cu mare rigiditate dielectrică (de exemplu: hexaflorură de sulf : SF6).

O variantă îmbunătățită o constituie acceleratorul tandem (sau în două trepte). Accelerarea în cel de-al doilea tub de accelerare (până la 10 - 15 Mev) este realizată , în acest caz, după ce ionii negativi (cu energia de circa 5 MeV), proveniți din prima accelerare, sunt trecuți printr-un dispozitiv de schimbare a sarcinii (cameră de gaz), devenind ioni pozitivi. În același fel funcționează acceleratoarele cu trei sau patru trepte .

8

Schema de funcţionare a acceleratorului Van de Graaff

Generatorul Van de Graaff

9

Accelerator de particule circular

10

Ciclotronul  Este un tip de accelerator de particule, intermediar între acceleratorul linear

și cel circular. Nu poate accelera particule la viteze apropiate de cea a luminii. Din acest

motiv, a fost înlocuit de betatron și de sincrotron. A fost inventat în 1929 de Ernest Lawrence la Universitatea California

(Berkeley). Primul dispozitiv funcțional a accelerat protoni în 1931 la o energie maximă de 1 MeV (un milion de electronvolți).

Schema ciclotronului Câmpul magnetic din interiorul ciclotronului

11

Un ciclotron construit de Ernest Lawrence aflat astăzi la Lawrence Hall of Science în Berkeley, California. Țevi de răcire sunt vizibile pe suprafața celor doi electrozi în formă de D.

12

Acceleratorul din laboratorul CERN

Cel mai mare accelerator de particule se află în laboratorul CERN (Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară ) , între Franța și Elveția, marea parte aflându-se în Franța.

Acest accelerator poate accelera atomi până la o viteză de 99,999999% din viteza luminii.

Tunelurile unde sunt băgate particulele se întâlnesc în 4 puncte. În unele zone ale acestor tunele pot atinge temperatura de zero absolut (-273 °C).

Oamenii de știință vor ca prin unirea celor 2 particule să se genereze așa-zisa "particula Dumnezeu".

Acceleratorul de particule din laboratorul CERN este situat la câteva zeci de metri sub pământ , întins pe o distanță de 25km. Au lucrat la el peste 7000 de savanți și fizicieni.

http://cds.cern.ch/record/1495143

13

14

15

16

17

Bibliografie :1) http://ro.math.wikia.com/wiki/Accelerator_de_particule

2) http://ro.wikipedia.org/wiki/Accelerator_de_particule#Scopul_acceler.C4.83rii_particulelor

3) http://home.web.cern.ch/

Proiect realizat de Chiuaru Ştefania ( clasa a XII-a C )