فيزياء المسرعات

فيزياء المسرعات Accelerator physics هي فرع من الفيزياء التطبيقية، يختص بتصميم وبناء وتشغيل مسرعات الجسيمات. ولذلك، يمكن وصفها بأنها دراسة حركة والتحكم ورصد آشعة جسيمات مشحونة النسبية وتفاعلهم مع بنى المسرع بواسطة مجالات كهرومغناطيسية.

كما أنها متعلقة بمجالات أخرى:

هندسة الميكروويڤ (لتسريع/حرف البُنى في نطاق تردد الراديو).
بصريات بهجريز على البصريات الهندسية (هجريز وانحناء شعاع) وفيزياء الليزر (تفاعل الليزر-جسيم).
تقنية الحاسوب مع الهجريز على معالجة الإشارات الرقمية؛ مثل التغيير التلقائي لشعاع الجسيمات.

التجارب المجراة بمعجلات الجسيمات لا تُعتبر جزءاً من فيزياء المسرعات، بل تنتمي (حسب أغراض التجارب) إلى مثلاً، فيزياء الجسيمات، فيزياء نووية، فيزياء المادة المكثفة أوفيزياء المواد. أنواع التجارب المجراة في منشأة مسرّع معين تحددها سمات شعاع الجسيمات المتولد مثل الطاقة المتوسطة، نوع الجسيم، الشدة والأبعاد.

تسريع وتفاعل الجسيمات مع بنى RF

فجوة نيوبيوم فائق التوصيل لتسريع الجسيمات فائقة النسبية من مشروع تسلا.

ديناميكا الشعاع

A particle on the exact design trajectory (or design orbit) of the accelerator only experiences dipole field components, while particles with transverse position deviation ${\displaystyle \scriptstyle x(s)$

{\displaystyle {\frac {d^{2 {ds^{2 \,x(s)+k(s)\,x(s)={\frac {1 {\rho \,{\frac {\Delta p {p

can be used as an approximation, with

a non-constant focusing force

{\displaystyle \scriptstyle k(s)

the relative deviation from the design beam impulse

{\displaystyle \scriptstyle \Delta p/p

the trajectory radius of curvature

{\displaystyle \scriptstyle \rho

, and

the design path length

{\displaystyle \scriptstyle s

,

thus identifying the system as a parametric oscillator. Beam parameters for the accelerator can then be calculated using Ray transfer matrix analysis; e.g., a quadrupolar field is analogous to a lens in geometrical optics, having similar properties regarding beam focusing (but obeying Earnshaw's theorem).

The general equations of motion originate from relativistic Hamiltonian mechanics, in almost all cases using the Paraxial approximation. Even in the cases of strongly nonlinear magnetic fields, and without the paraxial approximation, a Lie transform may be used to construct an integrator with a high degree of accuracy.^[]

رموز النمذجة

There are many different software packages available for modeling the different aspects of accelerator physics. One must model the elements that create the electric and magnetic fields, and then one must model the charged particle evolution within those fields. A popular code for beam dynamics, designed by CERN is MAD, or Methodical Accelerator Design.