acceleratore

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November 28, 2022

Accelerator (Kasokuki, inglese: acceleratore di particelle) è un termine generale per i dispositivi che accelerano le particelle cariche. Oltre alla ricerca scientifica di base mediante esperimenti su nuclei atomici/particelle elementari, viene utilizzato anche per scopi pratici come il trattamento del cancro e lo sviluppo di nuovi materiali. Nel precedente esperimento dell'acceleratore di particelle nucleari/elementari, le particelle possono essere accelerate fino a raggiungere la velocità della luce. C'è un "esperimento a bersaglio fisso" in cui le particelle colpiscono un bersaglio fisso e un "esperimento di collisione" in cui le particelle accelerate l'una di fronte all'altra si scontrano frontalmente.

Panoramica

Ernest Rutherford, che ha ottenuto risultati negli esperimenti di diffusione dei raggi α, ha scoperto che i nuclei di azoto vengono distrutti esponendoli ai raggi α (valore energetico 7,7 MeV) emessi da materiali radioattivi naturali (1919). .. Questo è stato il primo esperimento di distruzione nucleare. Da questa scoperta, le particelle cariche (ioni, elettroni) possono essere distrutte artificialmente accelerandole applicando un potenziale che fornisce loro energia di circa 7,7 MeV e urtandole contro i nuclei bersaglio (dando energia ai nuclei). . Nel 1932, Cockcroft e Walton svilupparono un'alta tensione di 800 kV e un tubo acceleratore di ioni per resistere migliorando ed espandendo il circuito raddrizzatore duplicatore di tensione che era ben noto da quel momento e accelerando i protoni. convertire un nucleo di litio in un altro nucleo. Inoltre, questo esperimento ha aperto l'inizio della ricerca nucleare utilizzando acceleratori, come la verifica quantitativa di E mc2, che è una conseguenza della teoria della relatività speciale. Con il successo di questo esperimento, lo sviluppo dell'acceleratore e la ricerca nucleare, che erano già in pieno boom, presero slancio e proseguì la costruzione di un enorme acceleratore per distruggere i protoni e i neutroni che compongono il nucleo atomico.

Tipi di acceleratori dal punto di vista del metodo dell'accelerazione

Acceleratore elettrostatico

Un dispositivo che applica un'elevata tensione CC tra gli elettrodi e accelera le particelle cariche per differenza di potenziale. Solo gli acceleratori elettrostatici possono ottenere fasci continui. Il limite superiore dell'energia di accelerazione dipende dall'entità della tensione che può essere applicata. La massima tensione di accelerazione è di diverse decine di MeV (megaelettronvolt) nel caso del tipo Van de Graaff, e in molti casi l'energia richiesta per esperimenti nucleari/particelle elementari non può essere raggiunta. Pertanto, viene spesso utilizzato come acceleratore incidente per acceleratori lineari e acceleratori circolari, che verranno descritti in seguito. È classificato nei seguenti due metodi in base al metodo di creazione dell'alta tensione CC.

tipo Cockcroft-Walton

Ernest Walton e John Cockcroft hanno stabilito un metodo per ottenere alta tensione utilizzando un circuito raddrizzatore duplicatore di tensione che utilizza diodi e condensatori. L'energia di accelerazione è di diverse centinaia di keV-diversi MeV.

tipo Van de Graaff

Metodo in cui una carica elettrica viene posta su un nastro isolante e portata a un elettrodo per ottenere un'alta tensione. Fu messo in uso pratico da Robert J. Van de Graaff nel 1930. L'energia di accelerazione è di circa 10 MeV. Come versione derivata di Van de Graaff, esiste un Pelletron che utilizza una catena di pellet in cui i cilindri metallici sono collegati con plastica isolante invece di una cinghia di trasferimento della carica. L'energia di accelerazione è di circa 20 MeV. Inoltre, gli ioni negativi vengono utilizzati come particelle acceleranti per accelerare verso l'elettrodo positivo, gli elettroni vengono strappati dall'elettrodo positivo con una pellicola di carbonio o simili per renderli ioni positivi e l'alta tensione viene raddoppiata accelerando nuovamente verso terra elettrodo È possibile un'accelerazione efficiente. Questo è chiamato un acceleratore tandem.

Acceleratore lineare

Ci sono vari problemi pratici con la tensione applicata tra gli elettrodi?