شتاب دهنده: حفره های رادیوفرکانس

محفظه های فلزی در راستای شتابدهنده های ذره شامل میدان های االکترومغناطیسی است که ذرات گذری را در دسته های کنترل شده محکم، شتاب می دهد.

برای شتاب دادن به ذرات، شتابدهنده ها با محفظه های فلزی که شامل یک میدان الکترومغناطیسی است و به عنوان حفره های رادیو فرکانسی (RF) (radiofrequency (RF) cavities) شناخته می شوند، مجهز شده اند. ذرات باردار تزریق شده به این میدان یک ضربه الکتریکی را که باعث شتابدار شدن آن ها می شود را دریافت می کنند. در برخورد دهنده هادرونی بزرگ ((Large Hadron Collider (LHC)، شانزده حفره RF در چهار یخچال استوانه ای به نام cryomodules قرار داده می شوند، که آنها را برای کار در یک حالت ابررسانایی قادر می سازد.

هر حفره توسط یک کلسترون (klystron) توان بالا رانده می شود، که یک لوله شامل پرتوهای الکترونی است. پرتوهای الکترونی دارای شدت مدوله شده به فرکانس MHz 400 ، یا 400 میلیون نوسان بر ثانیه هستند. یک لوله باریک مستطیلی از فلز رسانا به نام موجبر، انرژی را به سمت حفره های هدایت می کند. شکل حفره به طور مشخص برای دستیابی به رزونانس و ساختن شدن موج های الکترومغناطیس طراحی شده است. هر حفره می تواند به یک ماکزیمم ولتاز 2 مگاولتی (MV)، مطابق با 16 MV برپرتو دست یابد. (تصویر: سر هم کردن حفره های شتابدهنده HIE-ISOLDE)

حفره های RF در LHC، انرژی ذرات را از 450 GeV به 6.5 TeV می رسانند- 14 برابر بیشتر از انرژی تزریقی شان. مقدار انرژی که به آن دست یافته می شود در مدت زمان حدود  20 دقیقه با دسته هایی که از میان حفره ها بیش از 10 میلیون بار عبور داده شده بودند است. میدان در حفره RF برای ایجاد نوسان (جهت سوئیچ) در یک فرکانس داده شده ساخته می شود، بنابراین زمانی که ذرات می رسند  و وارد می شوند بسیار مهم است. در LHC هر حفره RF تنظیم شده است تا در فرکانس 400 MHz نوسان کند. زمانی که پرتو به انرژی لازم رسید، یک پروتون با زمان ایده آل و دقیقاً با انرژی مناسب شتاب نمی یابد. در مقابل، پروتون هایی که با انرژی هایی اندکی متفاوت زودتر یا دیرتر می رسند، یا شتابدار می شوند و یا شتاب آنها کاهش می یابد بنابراین آنها در نزدیک انرژی مورد قبول باقی می مانند. به این ترتیب پرتو ذره در بسته بندی های پروتونی که “بسته (bunch)” نامیده می شوند،طبقه بندی می شود. (تصویر: یکی از ماژول های شامل حفره های شتابدهنده برای LHC)

گذشته از این حفره های شتاب دهنده،  CERN در حال توسعه حفره های crab برای جانشینی LHC است-High-Luminosity LHC.  هدف این حفره های خرچنگ (crab cavities) دادن یک تکانه عرضی برای بردن و هدایت ذرات در زمانی است که به نقطه برخورد نزدیک می شوند. (تصویر: سرهم کردن دو حفره خرچنگ برای  High-Luminosity LHC)

منبع: وب سایت سرن

ثبت نام در سایت

ارسال جدیدترین مقالات به ایمیل شما

متشکریم از ثبت نام شما

متاسفانه ثبت نام انجام نشد

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

ثبت نام در سایت

ارسال جدیدترین مقالات به ایمیل شما

متشکریم از ثبت نام شما

متاسفانه ثبت نام انجام نشد