Як працюють прискорювачі заряджених частинок

1.

ЯК ПРАЦЮЮТЬ
ПРИСКОРЮВАЧІ ЗАРЯДЖЕНИХ
ЧАСТИНОК
Презентацію підготували Проценко та Никодюк

2.

Навіщо потрібні прискорювачі
елементарних частинок?
Прискорювач часток – це пристрій, який
прискорює субатомні частинки до високих
швидкостей, використовуючи
електромагнітні поля. Він генерує пучок
заряджених частинок, який
використовується в численних
дослідницьких цілях.
Прискорювач заряджених
частинок в Інституті
Вейцмана.

3.

Історія прискорювача елементарних
частинок сходить до 1930 року, коли
вчені розробили трансформатор на
вольт і прискорювали протони по
прямій траєкторії.
Хоча машина не виконала своє
призначення, вона почала пошуки
прискорювачів частинок більш високої
енергії, які тривають і донині.
Едвін Маттісон Макміллан

4.

Прискорювач заряджених
частинок на 1 млн вольт,
збудований в 1937 році.
У 20-му столітті прискорювачі
часток були названі атомними
руйнівниками. Назва зберігається,
незважаючи на те, що сучасні
прискорювачі створюють зіткнення
між двома субатомними частинками,
а не атомними ядрами. Зіткнення
таких частинок можуть допомогти
вченим зрозуміти, як працює
Всесвіт. Прискорювачі часток
високих енергій надзвичайно
корисні для фундаментальних і
прикладних досліджень в різних
областях, від електроніки і
медицини до міжнародної безпеки.

5.

Прискорювачі часток високих енергій надзвичайно корисні
для фундаментальних і прикладних досліджень в різних
областях, від електроніки і медицини до міжнародної
безпеки.

6.

Як працюють прискорювачі?
На базовому рівні прискорювачі часток генерують
пучок заряджених частинок, який
використовується для численних дослідницьких
цілей. Зазвичай пучок складається з заряджених
субатомних частинок (таких як протони й
електрони), але в деяких випадках
використовуються цілі атоми більш важких
елементів (таких як уран і золото). Наприклад, в
кільцевих прискорювачах частинки безперервно
прискорюються в круглій трубі. Напруженість
електричного поля збільшується з кожним
проходом, підвищуючи рівень енергії пучка
частинок. Коли частинки досягають необхідної
швидкості, ціль (наприклад, тонкий шматок
металевого листа) поміщається на їх шляху, де
детектор частинок аналізує зіткнення.

7.

В цілому, існує 6 ключових компонентів в
прискорювачах елементарних частинок:
А) Частка S: забезпечує прискорення частинок
(таких як електрони або протони). Один балон з
газоподібним воднем, наприклад, може бути
джерелом частинок. Один атом гідрогену містить
один електрон і один протон.
Б) Металева труба: містить вакуум, в якому
рухається пучок частинок. Вакуум підтримує
чисте середовище для безперешкодного
переміщення заряджених елементарних
частинок.
C) Електромагніти: контролюють рух частинок,
коли вони проходять через металеву трубу.
D) Електричні поля: регулярно переключаються
з позитивного на негативний. Це генерує
радіохвилі, які прискорюють заряджені
частинки.
E) Цілі: коли частинки досягають бажаної
швидкості, вони стикаються з нерухомою ціллю.
Іноді стикаються два пучки часток.
F) Детектори: реєструють зіткнення частинок і
виявляють радіацію або субатомні частки, які
генеруються в процесі.

8.

В даний час в світі діють більше прискорювачів
частинок. З них 44% використовуються для променевої
терапії, 41% для іонної імплантації, 9% для
промислової обробки і 4% для низькоенергетичних і
біомедичних досліджень. Тільки 1% існуючих
прискорювачів здатні генерувати енергії понад один
мільярд електрон-вольт або 1 ГеВ. В даний час
Великий адронний колайдер (ВАК) є найпотужнішим
прискорювачем частинок в світі. Він здатний
прискорювати два пучки протонів до енергії 6, 5
тераелектрон-вольт. Коли ці два потужних пучка
стикаються, вони створюють енергію центру мас 13
тераелектрон-вольт (ТеВ). ВАК лежить в тунелі
глибиною 175 метрів. Він має 27 кілометрів в
окружності, і його кільце магнітів може створювати
магнітне поле 8, 36 Тесла. Колайдер містить понад
1000 дипольних магнітів, які утримують частинки, які
рухаються майже зі швидкістю світла: одна частинка
рухається по 27-кілометровому кільцю разів в секунду.
Розроблений Великий адронний колайдер
Європейською організацією ядерних досліджень у
співпраці з більш ніж дослідників і сотнями лабораторій
та університетів з більш ніж 100 країн. Частка бозона
Хіггса, яку іноді називають «часткою Бога», була
виявлена в Великому адронному колайдері в 2012 році.
У тому ж році фізики сформували кварк-глюонну
плазму, яка могла досягати 5, 5 трильйона градусів за
Цельсієм – найвищої температури, зареєстрованої
рукотворної машиною.

9.

У найближчі роки ця
гігантська машина
дозволить фізикам
перевірити різні теорії
фізики елементарних
частинок, включаючи
аналіз властивостей
бозонів Хіггса, пошук нових
елементарних частинок,
пропонованих
суперсиметричними
теоріями, а також
розвязання інших загадок у
всесвіті.
Моделювання, на якому зображенно з`явлення бозона
Хіггса при зіткненні двух протонів

10.

Також вже заплановано побудову нового прискорювача –
Майбутнього кільцевого колайдера (ВКК), який буде ще
потужнішим від ВАК. Запуск ВКК заплановано на 2040 р.

11.

Чим ще можуть бути корисними
прискорювачі заряджених частинок?
Аналіз зіткнень частинок високих енергій може бути
корисним для фундаментальних і прикладних досліджень
в науці. Це може допомогти фізикам вирішити деякі
фундаментальні проблеми в фізиці, включаючи глибоку
структуру простору-часу і взаємозв`язок між загальною
теорією відносності та квантовою механікою.

12.

Джерела:
https://uk.wikipedia.org/
https://www.youtube.com/watch?v=f7MQc_iuBA4
https://www.youtube.com/watch?v=D19mzP1Wu84
https://www.youtube.com/watch?v=OFEeUu0cf1k
https://www.poznavayka.org/uk/fizika-uk/priskoryuvach-elementarnih-chastinok-yakvin-praczyuє-i-yaku-korist-prinosit-fizikam/

13.

КІНЕЦЬ