مسرع دوراني تزامني

مخطط لمبدأ عمل المسرع الدوراني التزامني

المسرع الدوراني التزامني (السينكروترون) (بالإنجليزية: Synchrotron)‏ تعبير عن نوع خاص من مسرعات الجسيمات التي يطبق فيها جميع من الحقل المغناطيسي (من أجل تحريك الجسيمات بحركة دورانية) والحقل الكهربائي (من أجل تسريع الجسيمات) وذلك بشكل متزامن (متوافق) مع حزمة الجسيمات المنتقلة (المتحركة، انظر معجل خطي).

تم تطوير هذا النوع من المسرعات بواسطة لويس ولتر ألفاريز لدراسة فيزياء الجسيمات عالية الطاقة.

مكوناته

يتكون المسرع الدوراني التزامني من حلقة دائرية كبير لتعجيل حزم الإلكترونات ، حتى تصل سرعاتها إلى أقصى سرعة. تختلف أقصى سرعة للإلكترونات بحسب نوع المسرع، وحدثا كان استهلاك المسرع أوالمعجل للطاقة الكهربية طلما زادت قدرته على تسريع الإلكترونات والوصول بها إلى سرعات كبيرة جدا. وكما في الشكل تتميز المعجلات الكبيرة بوجود دائرة تسريع ابتدائية صغيرة، تسرع الإلكترونات في الدائرة [المعجل] الصغير أولا ثم ترسل فيض الإلكترونات إلى دائرة المعجل الكبير لكي يقوم بمواصلة تسريع الإلكترونات. وطبقا لظاهرة الطاردة المركزية فحدثا زاد قطر دائرة التسريع حدثا أمكن زيادة سرعة الإلكترونات...

استخداماته

وفي الشكل يبقي فيض الإلكترونات محصورا في دائرة المعجل بسرعتها العالية، ثم توجه الإلكترونات عند نقط معينة على المسار لتخرج من الدائرة ويصبح مسارها خطيا، وذلك من أجل استغلالها في التجارب الفهمية، مثل دراسة اصطدام الإلكترونات السريعة بمادة مثل الحديد أوالألمونيوم وقياس نواتج الاصطدام. ويبين الشكل عدة تجارب خارج دائرة المسرع، تخرج إليها الإلكترونات من الدائرة، وكل تجربة تختلف عن الأخرى، فمنها ما يفهم التصادم بالمواد المتنوعة ومنها تجارب للتصوير بالإلكترونات. من أجل إخراج فيض الجسيمات من دائرة المعجل يستخدم مجالا كهربائيا يسلط عليها عند نقطة الخروج.

كذلك يستخدم مسرع الإلكترونات في إنتاج أشعة سيكلوترونية التي تستخدم لتصوير المواد كما يمكن حتى تستخدم في الطب وعلاج الأورام الخبيثة.

الأساس الفيزيائي

طبقا لقوة لوريتنز إذا كان جسيم مشحون كتلته m ويتحرك بسرعة قدرها v وينصب عليه مجالا مغناطيسيا فإن الجسيم المشحون يتحرك في مسار دائري بحيثقد يكون مستوي حركته الدائرية عموديا على خطوط الحقل المغناطيسي. ويعتمد نصف قطر r دائرة مسار الجسيم المشحون (مثل الإلكترون ومقدار شحنته q) على سرعة الجسيم وعلى كتلته وعلى شدة المجال المغناطيسي.

هذا التأثير على الجسيم المشحون يسمى قوة لورينتز باسم العالم الألماني الذي اكتشف تلك القوة المؤثرة على الجسيمات المشحونة، ومقدارها طبقا للمعادلة:

${\displaystyle {\vec {F _{L =q\cdot {\vec {v \times {\vec {B$

وهي تساوي القوة المركزية الطاردة :

${\displaystyle F_{Z ={\frac {m{\vec {v ^{2 {r$

ويمكن حل المعادلتين واستنتاج قيمة r وكذلك محيط دائرة المسار عند تعرض الجسيم المشحون المتحرك لمجال مغناطيسي قدره ${\displaystyle {\vec {B$ .

كما يمكن التحكم في توجيه مسار الجسيم المشحون بواسطة مجال كهربائي ، وفي مسرعات الجسيمات يستخدم المجال الكهربائي في تسريع الجسيمات ويستخدم المجال المغناطيسي للمحافظة على المسار الدائري للجسيمات.

انظر أيضاً

تجربة أطلس
لولب مركب للميونات
معجل جسيمات
معجل خطي
مصادم ايونات ثقيلة بسرعات النسبية
مصادم الهدرونات الكبير
إشعاع سيكلوتروني
إشعاع شيرنكوف

مراجع

^ Blewett, J. P. (1952). "Radial Focusing in the Linear Accelerator". فيزيكال ريفيو. 88 (5): 1197–1199. Bibcode:1952PhRv...88.1197B. doi:10.1103/PhysRev.88.1197.
^ Zinovyeva, Larisa. "On the question about the autophasing discovery authorship". مؤرشف من الأصل في 22 أبريل 2016. اطلع عليه بتاريخ 29 يونيو2015.
^ The Cosmotron نسخة محفوظة 02 أبريل 2013 على مسقط واي باك مشين.