回旋加速器和粒子物理學(xué)
粒子物理學(xué)的歷史是一個(gè)尋求尋找更小物質(zhì)的故事。隨著科學(xué)家深入研究原子的構(gòu)成，他們需要找到一種方法將其分開以查看其構(gòu)建塊。這些被稱為"基本粒子"。它需要大量的能量才能將它們分開。這也意味著科學(xué)家們必須提出新技術(shù)來(lái)完成這項(xiàng)工作。
為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了回旋加速器，這是一種使用恒定磁場(chǎng)來(lái)保持帶電粒子的粒子加速器，因?yàn)樗鼈円詧A形螺旋圖案更快更快地移動(dòng)。最終，他們擊中了一個(gè)目標(biāo)，這導(dǎo)致物理學(xué)家學(xué)習(xí)的二次粒子。回旋加速器已用于高能物理實(shí)驗(yàn)數(shù)十年，也可用于癌癥和其他疾病的醫(yī)學(xué)治療。
回旋加速器的歷史
第一個(gè)回旋加速器于1932年由Ernest Lawrence與他的學(xué)生M.Stanley Livingston合作在加州大學(xué)伯克利分校建造。他們將大型電磁鐵放在一個(gè)圓圈中，然后設(shè)計(jì)出一種通過回旋加速器發(fā)射粒子以加速它們的方法。這項(xiàng)工作使勞倫斯獲得了1939年諾貝爾物理獎(jiǎng)。在此之前，使用的主要粒子加速器是線性粒子加速器，簡(jiǎn)稱Iinac。第一臺(tái)linac于1928年在德國(guó)亞琛大學(xué)建成。Linac目前仍在使用，特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，以及作為更大和更復(fù)雜的加速器的一部分。
自從Lawrence'在回旋加速器上工作以來(lái)，這些測(cè)試單元已經(jīng)在世界各地建造。加州大學(xué)伯克利分校為其輻射實(shí)驗(yàn)室建造了其中的幾個(gè)，第一個(gè)歐洲設(shè)施是在俄羅斯的Leningrad的鐳研究所創(chuàng)建的。另一個(gè)是在第二次世界大戰(zhàn)初期在海德堡建造的。
回旋加速器有很大的改進(jìn)與需要一系列磁體和磁場(chǎng)以直線加速帶電粒子的linac設(shè)計(jì)相反，圓形設(shè)計(jì)的好處是帶電粒子流將繼續(xù)通過相同的磁場(chǎng)由磁鐵來(lái)回產(chǎn)生，每次獲得一點(diǎn)能量時(shí)間是這樣做的。隨著粒子獲得能量，它們會(huì)在回旋加速器內(nèi)部形成越來(lái)越大的環(huán)路，每個(gè)環(huán)路繼續(xù)獲得更多的能量。最終，環(huán)路會(huì)非常大，以至于高能電子束會(huì)穿過窗戶，此時(shí)它們將進(jìn)入轟擊室進(jìn)行研究。實(shí)質(zhì)上，它們與一塊板碰撞，并在腔室周圍散布顆粒。
回旋加速器是第一個(gè)循環(huán)粒子加速器，它為加速粒子進(jìn)一步研究提供了更有效的方法。
現(xiàn)代的回旋加速器
今天，回旋加速器仍然用于醫(yī)學(xué)研究的某些領(lǐng)域，其尺寸范圍從大致桌面設(shè)計(jì)到建筑尺寸和更大。另一種類型是同步加速器，設(shè)計(jì)于20世紀(jì)50年代，功能更強(qiáng)大。**的回旋加速器是TRIUMF 500 MeV回旋加速器，該回旋加速器仍在加拿大不列顛哥倫比亞省溫哥華的不列顛哥倫比亞大學(xué)運(yùn)行，日本理研實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)環(huán)回旋加速器仍在運(yùn)行。它有19米。科學(xué)家們用它們來(lái)研究粒子的性質(zhì)，稱為凝聚物質(zhì)（粒子彼此粘附）。
更現(xiàn)代的粒子加速器設(shè)計(jì)，例如大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)能級(jí)。這些所謂的"原子粉碎器"已經(jīng)建成，使粒子加速到非常接近光速，物理學(xué)家搜索更小的物質(zhì)。尋找希格斯博son是LHC'在瑞士工作的一部分。其他加速器存在于紐約的Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，伊利諾伊州的Fermilab，日本的KEKB等。這些都是高度昂貴和復(fù)雜版本的回旋加速器，都致力于理解構(gòu)成宇宙物質(zhì)的粒子。
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