Relativistik parçacıklar için yörünge yarıçapı enerji ile artmaktadır. Pratikte, manyetik alanın üretilmesinde teorik bir limit vardır. Klasik mıknatıslarla 1.5 T, süper iletken mıknatıslarla B=5 T’ ya kadar çıkılabilmektedir. Bu, enerjinin 1 GeV’den büyük olduğu durumlarda yarıçapın birkaç metre büyümesi demektir ve böylesine hızlı bir artışı dengeleyecek bir mıknatısın üretilebilmesi neredeyse imkansızdır. Bu nedenle parçacığın her defasında küçük saptırıcı mıknatıslardan geçtiği fakat sabit yörüngede dolandığı hızlandırıcı fikri ortaya atıldı. Yarıçap sabit olduğundan denklemine göre sabit olmalıdır. Başka bir deyişle B manyetik alanı enerji ile senkronize (eş zamanlı) olarak artmalıdır. Bu tip hızlandırıcılara “sinkrotron” denir. Şekilde bir sinkrotronun önemli elemanları gösterilmektedir. Parçacıklar aynı yörüngelerde binlerce kez devir yaptıkları için ister istemez birbirlerinden uzaklaşmaktadırlar. Bunu önlemek için yakınsak (odaklayıcı) mıknatıslar kullanılmaktadır.
Şekil 1. Sinkrotronun temel yapısı
Şekil 2. Radyo frekans kavitesi
Sinkrotron, parçacığı hızlandırmak için bir yada birden fazla RF kaynağı bulundurabilir. Sinkrotronun L çevresi, dalgaboyunun tam katı olmalıdır. (senkronizim koşulu). Parçacıklar ancak bu sayede her defasında aynı fazda hızlandırıcı bölgeye gelmektedir. Sinkrotronlarda, eğer hızlandırılan parçacık elektron ise kendiliğinden elektromanyetik bir ışınım yayınlanmaktadır. Parçacığın enerjisi arttıkça yayınlanan radyasyonda artmaktadır.
Sinkrotronlar, parçacıkları E=0 dan başlayan bir enerjiyle hızlandıramamaktadır. Bunun nedeni, tam olarak B=0 dan çalışmaya başlayan ve lineer olarak artan bir mıknatısın üretilememesidir. Bu sorun, parçacığın ideal yörüngesinden sapmasına ve demetin kaybolmasına neden olur. Bu nedenle, parçacıkların sinkrotrona gelmeden önce lineer hızlandırıcılarda belli bir enerjiye ulaşması sağlanır.
SİNKROTRON IŞINI
Klasik elektrodinamik yasalarına göre ivmelenen yüklü bir parçacık elektromanyetik dalgalar biçiminde radyasyon enerjisi yayınlar. Bu aynı zamanda hızlandırıcılarda hareket eden parçacıklar için de geçerlidir. momentumuyla hareket eden e yüklü bir parçacığı göz önüne alalım. Parçacığının hızının relativistik olmadığı durumlarda yayınlanan toplam güç
(2.1)
ifadesiyle verilir. Bu ifadeden elektromanyetik enerjinin ancak belirli kuvvetlerin etkisiyle parçacığın momentumunda bir değişiklik meydana geldiği zaman, yayınlandığı söylenebilir.
Parçacığın hızının ışık hızına yakın olduğu durumlarda ise yayınlanan güç (2.2)
şeklindedir. Yayınlanan güç temelde parçacığın hareket doğrultusu ile ivmelenme doğrultusu arasındaki açıya bağlıdır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder