ნაწილაკების ამაჩქარებელი არის მოწყობილობა, რომელიც ქმნის ელექტრულად დამუხტული ატომური ან სუბატომური ნაწილაკების სხივს, რომელიც მოძრაობს სინათლის სიჩქარით. მისი მუშაობა ეფუძნება მათი ენერგიის ზრდას ელექტრული ველით და ტრაექტორიის ცვლილებას - მაგნიტური ველით.
რისთვის არის ნაწილაკების ამაჩქარებლები?
ეს მოწყობილობები ფართოდ გამოიყენება მეცნიერებისა და მრეწველობის სხვადასხვა დარგში. დღეისათვის მათგან 30 ათასზე მეტია მთელ მსოფლიოში. ფიზიკოსისთვის ნაწილაკების ამაჩქარებლები ემსახურება როგორც ატომების სტრუქტურის, ბირთვული ძალების ბუნებისა და ბუნებაში არსებული ბირთვების თვისებების ფუნდამენტური კვლევის იარაღს. ეს უკანასკნელი მოიცავს ტრანსურანს და სხვა არასტაბილურ ელემენტებს.
გამომშვები მილის საშუალებით შესაძლებელი გახდა კონკრეტული მუხტის დადგენა. ნაწილაკების ამაჩქარებლები ასევე გამოიყენება რადიოიზოტოპების წარმოებაში, სამრეწველო რენტგენოგრაფიაში, სხივურ თერაპიაში, ბიოლოგიური მასალების სტერილიზაციაში და რადიოკარბონში.ანალიზი. ყველაზე დიდი დანადგარები გამოიყენება ფუნდამენტური ურთიერთქმედებების შესწავლაში.
დამუხტული ნაწილაკების სიცოცხლე ამაჩქარებელთან შედარებით დასვენების მდგომარეობაში ნაკლებია ვიდრე სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით აჩქარებული ნაწილაკების სიცოცხლე. ეს ადასტურებს SRT დროის ინტერვალების ფარდობითობას. მაგალითად, CERN-ში მიღწეული იქნა მიონების სიცოცხლის ხანგრძლივობის 29-ჯერ ზრდა 0,9994c სიჩქარით.
ეს სტატია განიხილავს, თუ როგორ მუშაობს ნაწილაკების ამაჩქარებელი, მისი განვითარება, სხვადასხვა ტიპები და გამორჩეული თვისებები.
აჩქარების პრინციპები
მიუხედავად იმისა, თუ რომელი ნაწილაკების ამაჩქარებელი იცით, მათ ყველას აქვთ საერთო ელემენტები. პირველ რიგში, მათ უნდა ჰქონდეთ ელექტრონების წყარო სატელევიზიო კინესკოპის შემთხვევაში, ან ელექტრონები, პროტონები და მათი ანტინაწილაკები უფრო დიდი დანადგარების შემთხვევაში. გარდა ამისა, მათ ყველას უნდა ჰქონდეს ელექტრული ველი ნაწილაკების დასაჩქარებლად და მაგნიტური ველები მათი ტრაექტორიის გასაკონტროლებლად. გარდა ამისა, ვაკუუმი ნაწილაკების ამაჩქარებელში (10-11 მმ Hg), ანუ ნარჩენი ჰაერის მინიმალური რაოდენობა, აუცილებელია სხივების ხანგრძლივი სიცოცხლის უზრუნველსაყოფად. და ბოლოს, ყველა ინსტალაციას უნდა ჰქონდეს აჩქარებული ნაწილაკების აღრიცხვის, დათვლასა და გაზომვის საშუალება.
თაობა
ელექტრონები და პროტონები, რომლებიც ყველაზე ხშირად გამოიყენება ამაჩქარებლებში, გვხვდება ყველა მასალაში, მაგრამ ჯერ მათი იზოლირებაა საჭირო. ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ელექტრონებიისევე როგორც კინესკოპში – მოწყობილობაში, რომელსაც „იარაღი“ჰქვია. ეს არის კათოდი (უარყოფითი ელექტროდი) ვაკუუმში, რომელიც თბება იქამდე, სადაც ელექტრონები იწყებენ დაშორებას ატომებისგან. უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები იზიდავს ანოდს (დადებითი ელექტროდი) და გადის გამოსასვლელში. თავად იარაღი ასევე უმარტივესი ამაჩქარებელია, რადგან ელექტრონები მოძრაობენ ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ. ძაბვა კათოდსა და ანოდს შორის ჩვეულებრივ არის 50-150 კვ-ს შორის.
ელექტრონების გარდა, ყველა მასალა შეიცავს პროტონებს, მაგრამ მხოლოდ წყალბადის ატომების ბირთვები შედგება ერთი პროტონებისგან. ამრიგად, პროტონის ამაჩქარებლების ნაწილაკების წყარო არის აირისებრი წყალბადი. ამ შემთხვევაში გაზი იონიზებულია და პროტონები ხვრელით გადიან. დიდ ამაჩქარებლებში პროტონები ხშირად წარმოიქმნება უარყოფითი წყალბადის იონების სახით. ეს არის ატომები დამატებითი ელექტრონით, რომლებიც წარმოადგენენ დიატომური აირის იონიზაციის პროდუქტს. საწყის ეტაპზე უფრო ადვილია უარყოფითად დამუხტულ წყალბადის იონებთან მუშაობა. შემდეგ ისინი გადიან თხელ ფოლგაში, რომელიც ართმევს მათ ელექტრონებს აჩქარების ბოლო სტადიამდე.
აჩქარება
როგორ მუშაობენ ნაწილაკების ამაჩქარებლები? რომელიმე მათგანის მთავარი მახასიათებელია ელექტრული ველი. უმარტივესი მაგალითია ერთიანი სტატიკური ველი დადებით და უარყოფით ელექტრულ პოტენციალებს შორის, ისეთივე, როგორიც არის ელექტრო ბატარეის ტერმინალებს შორის. Ასეთველი, უარყოფითი მუხტის მატარებელი ელექტრონი ექვემდებარება ძალას, რომელიც მიმართავს მას დადებითი პოტენციალისკენ. ის აჩქარებს მას და თუ ამის შემაფერხებელი არაფერია, მისი სიჩქარე და ენერგია იზრდება. მავთულში ან თუნდაც ჰაერში დადებითი პოტენციალისკენ მიმავალი ელექტრონები ეჯახებიან ატომებს და კარგავენ ენერგიას, მაგრამ თუ ისინი ვაკუუმში არიან, ანოდთან მიახლოებისას ისინი აჩქარდებიან.
ელექტრონის საწყის და საბოლოო პოზიციას შორის ძაბვა განსაზღვრავს მის მიერ შეძენილ ენერგიას. 1 ვ პოტენციალის სხვაობაზე გადაადგილებისას ის უდრის 1 ელექტრონ ვოლტს (eV). ეს უდრის 1.6 × 10-19 ჯოულს. მფრინავი კოღოს ენერგია ტრილიონჯერ მეტია. კინესკოპში ელექტრონები აჩქარებულია 10 კვ-ზე მეტი ძაბვით. ბევრი ამაჩქარებელი აღწევს გაცილებით მაღალ ენერგიას, რომელიც იზომება მეგა-, გიგა- და ტერაელექტრონვოლტებში.
ჯიშები
ნაწილაკების ამაჩქარებლების ზოგიერთი ადრეული ტიპი, როგორიცაა ძაბვის მულტიპლიკატორი და ვან დე გრაფის გენერატორი, იყენებდა მუდმივ ელექტრულ ველებს, რომლებიც წარმოიქმნება მილიონ ვოლტამდე პოტენციალით. ასეთი მაღალი ძაბვით მუშაობა ადვილი არ არის. უფრო პრაქტიკული ალტერნატივა არის დაბალი პოტენციალით წარმოქმნილი სუსტი ელექტრული ველების განმეორებითი მოქმედება. ეს პრინციპი გამოიყენება ორი ტიპის თანამედროვე ამაჩქარებლებში - წრფივი და ციკლური (ძირითადად ციკლოტრონებსა და სინქროტრონებში). მოკლედ რომ ვთქვათ, წრფივი ნაწილაკების ამაჩქარებლები ერთხელ გადიან მათ თანმიმდევრობითაჩქარებული ველები, ხოლო ციკლურში ისინი არაერთხელ მოძრაობენ წრიული ბილიკის გასწვრივ შედარებით მცირე ელექტრული ველების გავლით. ორივე შემთხვევაში, ნაწილაკების საბოლოო ენერგია დამოკიდებულია ველების გაერთიანებულ ეფექტზე, ასე რომ, მრავალი მცირე „შოკი“გროვდება ერთი დიდის ერთობლივ ეფექტზე.
წრფივი ამაჩქარებლის განმეორებითი სტრუქტურა ელექტრული ველების შესაქმნელად ბუნებრივად მოიცავს AC და არა DC ძაბვის გამოყენებას. დადებითად დამუხტული ნაწილაკები აჩქარდებიან ნეგატიური პოტენციალისკენ და იღებენ ახალ იმპულსს, თუ ისინი გაივლიან დადებითს. პრაქტიკაში, ძაბვა ძალიან სწრაფად უნდა შეიცვალოს. მაგალითად, 1 მევ ენერგიით, პროტონი მოძრაობს ძალიან მაღალი სიჩქარით 0,46 სინათლის სიჩქარით, მოძრაობს 1,4 მ 0,01 ms-ში. ეს ნიშნავს, რომ რამდენიმე მეტრის სიგრძის განმეორებით, ელექტრული ველები უნდა შეცვალონ მიმართულება მინიმუმ 100 MHz სიხშირით. დამუხტული ნაწილაკების წრფივი და ციკლური ამაჩქარებლები, როგორც წესი, აჩქარებენ მათ ალტერნატიული ელექტრული ველების გამოყენებით 100-დან 3000 MHz-მდე სიხშირით, ანუ რადიოტალღებიდან მიკროტალღებამდე.
ელექტრომაგნიტური ტალღა არის მონაცვლეობითი ელექტრული და მაგნიტური ველების ერთობლიობა, რომლებიც ერთმანეთზე პერპენდიკულურად ირხევიან. ამაჩქარებლის მთავარი პუნქტია ტალღის რეგულირება ისე, რომ ნაწილაკების ჩასვლისას ელექტრული ველი მიმართული იყოს აჩქარების ვექტორის შესაბამისად. ეს შეიძლება გაკეთდეს მდგარი ტალღით - ტალღების კომბინაცია, რომლებიც მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით დახურულ მარყუჟში.სივრცე, როგორც ხმის ტალღები ორგანოს მილში. ძალიან სწრაფად მოძრავი ელექტრონების ალტერნატივა, რომლებიც უახლოვდებიან სინათლის სიჩქარეს, არის მოძრავი ტალღა.
ავტოფაზირება
მნიშვნელოვანი ეფექტი მონაცვლეობით ელექტრულ ველში აჩქარებისას არის "ავტოფაზირება". რხევის ერთ ციკლში ალტერნატიული ველი გადადის ნულიდან მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე ისევ ნულამდე, ეცემა მინიმუმამდე და იზრდება ნულამდე. ასე რომ, ის გადის ორჯერ დაჩქარებისთვის საჭირო მნიშვნელობას. თუ აჩქარებული ნაწილაკი ძალიან მალე ჩამოვა, მაშინ მასზე საკმარისი სიძლიერის ველი არ იმოქმედებს და ბიძგი სუსტი იქნება. როდესაც ის მიაღწევს შემდეგ მონაკვეთს, ის დაგვიანდება და უფრო ძლიერ გავლენას განიცდის. შედეგად, მოხდება ავტოფაზირება, ნაწილაკები ველთან ფაზაში იქნებიან თითოეულ ამაჩქარებელ რეგიონში. კიდევ ერთი ეფექტი იქნება მათი დაჯგუფება დროთა განმავლობაში გროვებად და არა უწყვეტ ნაკადად.
სხივის მიმართულება
მაგნიტური ველები ასევე მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლის მუშაობაში, რადგან მათ შეუძლიათ შეცვალონ მათი მოძრაობის მიმართულება. ეს ნიშნავს, რომ მათი გამოყენება შესაძლებელია წრიული ბილიკის გასწვრივ სხივების „გადაბრუნებისთვის“, რათა მათ რამდენჯერმე გაიარონ ერთი და იგივე ამაჩქარებელი მონაკვეთი. უმარტივეს შემთხვევაში, დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც მართი კუთხით მოძრაობს ერთიანი მაგნიტური ველის მიმართულებით, ექვემდებარება ძალას.პერპენდიკულარული როგორც მისი გადაადგილების ვექტორზე, ასევე ველზე. ეს იწვევს სხივის მოძრაობას ველის პერპენდიკულარული წრიული ტრაექტორიის გასწვრივ, სანამ ის არ დატოვებს მოქმედების არეალს ან სხვა ძალა დაიწყებს მასზე მოქმედებას. ეს ეფექტი გამოიყენება ციკლურ ამაჩქარებლებში, როგორიცაა ციკლოტრონი და სინქროტრონი. ციკლოტრონში მუდმივი ველი წარმოიქმნება დიდი მაგნიტის მიერ. ნაწილაკები, როგორც მათი ენერგია იზრდება, სპირალურად მოძრაობენ გარეთ, აჩქარებენ ყოველი რევოლუციის დროს. სინქროტრონში მტევნები მოძრაობენ რგოლის გარშემო მუდმივი რადიუსით და ნაწილაკების აჩქარებისას იზრდება რგოლის გარშემო ელექტრომაგნიტების მიერ შექმნილი ველი. „მომხრელი“მაგნიტები არის დიპოლები, რომელთა ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსები ცხენის ძირის ფორმაშია მოხრილი, რათა მათ შორის სხივი გაიაროს.
ელექტრომაგნიტების მეორე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა სხივების კონცენტრირება ისე, რომ ისინი მაქსიმალურად ვიწრო და ინტენსიური იყოს. ფოკუსირებული მაგნიტის უმარტივესი ფორმაა ოთხი პოლუსი (ორი ჩრდილოეთი და ორი სამხრეთი) ერთმანეთის საპირისპირო. ისინი უბიძგებენ ნაწილაკებს ცენტრისკენ ერთი მიმართულებით, მაგრამ აძლევენ მათ პერპენდიკულარული მიმართულებით გავრცელების საშუალებას. ოთხპოლუსიანი მაგნიტები ფოკუსირებენ სხივს ჰორიზონტალურად, რაც საშუალებას აძლევს მას ვერტიკალურად გამოვიდეს ფოკუსიდან. ამისათვის ისინი უნდა იქნას გამოყენებული წყვილებში. უფრო რთული მაგნიტები მეტი ბოძებით (6 და 8) ასევე გამოიყენება უფრო ზუსტი ფოკუსირებისთვის.
როგორც ნაწილაკების ენერგია იზრდება, იზრდება მაგნიტური ველის ძალა, რომელიც მართავს მათ. ეს ინარჩუნებს სხივს იმავე გზაზე. თრომბი შეჰყავთ რგოლში და აჩქარებულიასაჭირო ენერგია, სანამ მისი ამოღება და ექსპერიმენტებში გამოყენება მოხდება. შეკუმშვა მიიღწევა ელექტრომაგნიტებით, რომლებიც ჩართულია სინქროტრონის რგოლიდან ნაწილაკების გასასვლელად.
შეჯახება
ნაწილაკების ამაჩქარებლები, რომლებიც გამოიყენება მედიცინასა და ინდუსტრიაში, ძირითადად აწარმოებენ სხივს კონკრეტული მიზნისთვის, როგორიცაა სხივური თერაპია ან იონური იმპლანტაცია. ეს ნიშნავს, რომ ნაწილაკები გამოიყენება ერთხელ. მრავალი წლის განმავლობაში, იგივე იყო ამაჩქარებლებისთვის, რომლებიც გამოიყენებოდა საბაზისო კვლევებში. მაგრამ 1970-იან წლებში შეიქმნა რგოლები, რომლებშიც ორი სხივი ბრუნავს საპირისპირო მიმართულებით და ეჯახება მთელ წრეში. ასეთი დანადგარების მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ თავდაპირველი შეჯახებისას ნაწილაკების ენერგია პირდაპირ გადადის მათ შორის ურთიერთქმედების ენერგიაში. ეს ეწინააღმდეგება იმას, რაც ხდება, როდესაც სხივი ეჯახება მასალას მოსვენებულ მდგომარეობაში: ამ შემთხვევაში, ენერგიის უმეტესი ნაწილი იხარჯება სამიზნე მასალის მოძრაობაზე, იმპულსის შენარჩუნების პრინციპის შესაბამისად.
ზოგიერთი შეჯახებული სხივის მანქანა აგებულია ორი რგოლით, რომლებიც იკვეთება ორ ან მეტ ადგილას, რომლებშიც ერთი და იგივე ტიპის ნაწილაკები საპირისპირო მიმართულებით ცირკულირებენ. უფრო ხშირია კოლაიდერები ნაწილაკებით და ანტინაწილაკებით. ანტინაწილაკს აქვს მასთან დაკავშირებული ნაწილაკის საპირისპირო მუხტი. მაგალითად, პოზიტრონი დადებითად არის დამუხტული, ხოლო ელექტრონი უარყოფითად. ეს ნიშნავს, რომ ველი, რომელიც აჩქარებს ელექტრონს, ანელებს პოზიტრონს,იმავე მიმართულებით მოძრაობს. მაგრამ თუ ეს უკანასკნელი საპირისპირო მიმართულებით მოძრაობს, ის აჩქარდება. ანალოგიურად, მაგნიტურ ველში მოძრავი ელექტრონი მარცხნივ მოხრილდება, ხოლო პოზიტრონი მარჯვნივ. მაგრამ თუ პოზიტრონი მისკენ მოძრაობს, მაშინ მისი გზა მაინც გადაიხრება მარჯვნივ, მაგრამ იმავე მრუდის გასწვრივ, როგორც ელექტრონი. ერთად ეს ნიშნავს, რომ ამ ნაწილაკებს შეუძლიათ სინქროტრონის რგოლის გასწვრივ ერთი და იგივე მაგნიტების გამო მოძრაობა და იგივე ელექტრული ველებით საპირისპირო მიმართულებით აჩქარება. ამ პრინციპის მიხედვით შეიქმნა მრავალი უძლიერესი კოლაიდერი შეჯახების სხივებზე, რადგან საჭიროა მხოლოდ ერთი ამაჩქარებლის რგოლი.
სინქროტრონში სხივი განუწყვეტლივ არ მოძრაობს, მაგრამ გაერთიანებულია "კუჭებად". მათი სიგრძე შეიძლება იყოს რამდენიმე სანტიმეტრი და დიამეტრის მეათედი მილიმეტრი და შეიცავდეს დაახლოებით 1012 ნაწილაკს. ეს მცირე სიმკვრივეა, ვინაიდან ამ ზომის ნივთიერება შეიცავს დაახლოებით 1023 ატომს. ამიტომ, როდესაც სხივები იკვეთება მოახლოებულ სხივებთან, მხოლოდ მცირე შანსია, რომ ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. პრაქტიკაში, მტევნები აგრძელებენ მოძრაობას რგოლის გასწვრივ და კვლავ ხვდებიან ერთმანეთს. ღრმა ვაკუუმი ნაწილაკების ამაჩქარებელში (10-11 მმ Hg) აუცილებელია, რათა ნაწილაკებმა მრავალი საათის განმავლობაში ცირკულაცია შეძლონ ჰაერის მოლეკულებთან შეჯახების გარეშე. მაშასადამე, რგოლებს ასევე უწოდებენ დაგროვებას, რადგან ჩალიჩები მათში ფაქტობრივად ინახება რამდენიმე საათის განმავლობაში.
რეგისტრაცია
ნაწილაკების ამაჩქარებლებს უმეტესწილად შეუძლიათ დაარეგისტრირონ რა ხდება როდისროდესაც ნაწილაკები მოხვდება სამიზნეს ან სხვა სხივს, რომელიც მოძრავი საპირისპირო მიმართულებით. სატელევიზიო კინესკოპში იარაღის ელექტრონები ურტყამს ფოსფორს ეკრანის შიდა ზედაპირზე და ასხივებს სინათლეს, რაც ამგვარად ხელახლა ქმნის გადაცემულ სურათს. ამაჩქარებლებში, ასეთი სპეციალიზებული დეტექტორები რეაგირებენ გაფანტულ ნაწილაკებზე, მაგრამ ისინი, როგორც წესი, შექმნილია ელექტრული სიგნალების შესაქმნელად, რომლებიც შეიძლება გარდაიქმნას კომპიუტერულ მონაცემებად და გაანალიზდეს კომპიუტერული პროგრამების გამოყენებით. მხოლოდ დამუხტული ელემენტები ქმნიან ელექტრულ სიგნალებს მასალაში გავლისას, მაგალითად, ამაღელვებელი ან მაიონებელი ატომების საშუალებით და მათი უშუალო აღმოჩენაა შესაძლებელი. ნეიტრალური ნაწილაკები, როგორიცაა ნეიტრონები ან ფოტონები, შეიძლება გამოვლინდეს არაპირდაპირი გზით იმ დამუხტული ნაწილაკების ქცევით, რომლებიც მათ მოძრაობაში აყენებენ.
არის ბევრი სპეციალიზებული დეტექტორი. ზოგიერთი მათგანი, როგორიცაა გეიგერის მრიცხველი, უბრალოდ ითვლის ნაწილაკებს, ზოგი კი გამოიყენება, მაგალითად, ტრეკების ჩასაწერად, სიჩქარის გასაზომად ან ენერგიის რაოდენობის გასაზომად. თანამედროვე დეტექტორები ზომითა და ტექნოლოგიით მერყეობს პატარა მუხტით დაწყვილებული მოწყობილობებიდან დამთავრებული დიდი მავთულით სავსე გაზით სავსე კამერებამდე, რომლებიც აღმოაჩენენ დამუხტული ნაწილაკების მიერ შექმნილ იონიზებულ ბილიკებს.
ისტორია
ნაწილაკების ამაჩქარებლები ძირითადად შეიქმნა ატომის ბირთვების და ელემენტარული ნაწილაკების თვისებების შესასწავლად. ბრიტანელი ფიზიკოსის ერნესტ რეზერფორდის მიერ 1919 წელს აზოტის ბირთვსა და ალფა ნაწილაკს შორის რეაქციის აღმოჩენიდან, ბირთვული ფიზიკის ყველა კვლევა1932 წელი გაატარა ბუნებრივი რადიოაქტიური ელემენტების დაშლისგან გამოთავისუფლებული ჰელიუმის ბირთვებით. ბუნებრივ ალფა ნაწილაკებს აქვთ კინეტიკური ენერგია 8 მევ, მაგრამ რეზერფორდს სჯეროდა, რომ მძიმე ბირთვების დაშლის დასაკვირვებლად, ისინი ხელოვნურად უნდა აჩქარდეს კიდევ უფრო დიდ მნიშვნელობებამდე. თავის დროზე რთული ჩანდა. თუმცა, 1928 წელს გეორგი გამოვის მიერ (გერმანია გიოტინგენის უნივერსიტეტში) გაკეთებულმა გამოთვლებმა აჩვენა, რომ გაცილებით დაბალი ენერგიის მქონე იონების გამოყენება შეიძლებოდა, და ეს სტიმულირებდა მცდელობებს აეშენებინათ ობიექტი, რომელიც უზრუნველყოფდა ბირთვული კვლევისთვის საკმარის სხივს.
ამ პერიოდის სხვა მოვლენებმა აჩვენა პრინციპები, რომლითაც შენდება ნაწილაკების ამაჩქარებლები დღემდე. პირველი წარმატებული ექსპერიმენტები ხელოვნურად აჩქარებულ იონებზე ჩაატარეს კოკკროფმა და უოლტონმა 1932 წელს კემბრიჯის უნივერსიტეტში. ძაბვის მულტიპლიკატორის გამოყენებით, მათ დააჩქარეს პროტონები 710 კევ-მდე და აჩვენეს, რომ ეს უკანასკნელი რეაგირებს ლითიუმის ბირთვთან და წარმოქმნის ორ ალფა ნაწილაკს. 1931 წლისთვის, ნიუ ჯერსიში, პრინსტონის უნივერსიტეტში, რობერტ ვან დე გრააფმა ააგო პირველი მაღალი პოტენციალის ქამრის ელექტროსტატიკური გენერატორი. Cockcroft-W alton ძაბვის მულტიპლიკატორები და Van de Graaff გენერატორები კვლავ გამოიყენება ამაჩქარებლების დენის წყაროდ.
წრფივი რეზონანსული ამაჩქარებლის პრინციპი აჩვენა როლფ ვიდერომ 1928 წელს. რაინ-ვესტფალიის ტექნოლოგიურ უნივერსიტეტში აახენში, გერმანია, მან გამოიყენა მაღალი ალტერნატიული ძაბვა ნატრიუმის და კალიუმის იონების ენერგიაზე ორჯერ დასაჩქარებლად.აღემატება მათ მიერ მოხსენებულს. 1931 წელს შეერთებულ შტატებში ერნესტ ლოურენსმა და მისმა ასისტენტმა დევიდ სლოანმა კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან, ბერკლიდან გამოიყენეს მაღალი სიხშირის ველები ვერცხლისწყლის იონების 1.2 მევ-ზე მეტი ენერგიების დასაჩქარებლად. ამ ნამუშევარმა შეავსო Wideröe მძიმე ნაწილაკების ამაჩქარებელი, მაგრამ იონური სხივები არ იყო გამოსადეგი ბირთვულ კვლევებში.
მაგნიტური რეზონანსული ამაჩქარებელი, ანუ ციკლოტრონი, ლოურენსმა მოიფიქრა, როგორც Wideröe-ს ინსტალაციის მოდიფიკაცია. ლოურენს ლივინგსტონის სტუდენტმა აჩვენა ციკლოტრონის პრინციპი 1931 წელს 80 კევ იონების წარმოქმნით. 1932 წელს ლოურენსმა და ლივინგსტონმა გამოაცხადეს პროტონების აჩქარება 1 მევ-მდე. მოგვიანებით 1930-იან წლებში ციკლოტრონების ენერგიამ მიაღწია დაახლოებით 25 მევ-ს, ხოლო ვან დე გრაფის გენერატორების ენერგიამ მიაღწია დაახლოებით 4 მევ-ს. 1940 წელს დონალდ კერსტმა, გამოიყენა ფრთხილად ორბიტალური გამოთვლების შედეგები მაგნიტების დიზაინზე, ააგო პირველი ბეტატრონი, მაგნიტური ინდუქციის ელექტრონების ამაჩქარებელი, ილინოისის უნივერსიტეტში.
თანამედროვე ფიზიკა: ნაწილაკების ამაჩქარებლები
მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ, ნაწილაკების მაღალ ენერგიებამდე აჩქარების მეცნიერებამ სწრაფი პროგრესი განიცადა. იგი დაიწყო ედვინ მაკმილანმა ბერკლიში და ვლადიმერ ვეკსლერმა მოსკოვში. 1945 წელს ორივემ დამოუკიდებლად აღწერა ფაზის სტაბილურობის პრინციპი. ეს კონცეფცია გვთავაზობს ციკლურ ამაჩქარებელში ნაწილაკების ორბიტების სტაბილური შენარჩუნების საშუალებას, რამაც გააუქმა პროტონების ენერგიის შეზღუდვა და შესაძლებელი გახადა ელექტრონებისთვის მაგნიტურ-რეზონანსული ამაჩქარებლების (სინქროტრონების) შექმნა. ავტოფაზირება, ფაზური მდგრადობის პრინციპის დანერგვა დადასტურდა მშენებლობის შემდეგმცირე სინქროციკლოტრონი კალიფორნიის უნივერსიტეტში და სინქროტრონი ინგლისში. ცოტა ხნის შემდეგ შეიქმნა პირველი პროტონული ხაზოვანი რეზონანსული ამაჩქარებელი. ეს პრინციპი გამოიყენებოდა მას შემდეგ აშენებულ ყველა დიდ პროტონულ სინქროტრონში.
1947 წელს უილიამ ჰანსენმა, კალიფორნიის სტენფორდის უნივერსიტეტში, ააშენა პირველი წრფივი მოძრავი ტალღის ელექტრონების ამაჩქარებელი მიკროტალღური ტექნოლოგიის გამოყენებით, რომელიც შეიქმნა რადარებისთვის მეორე მსოფლიო ომის დროს.
კვლევაში პროგრესი შესაძლებელი გახდა პროტონების ენერგიის გაზრდით, რამაც გამოიწვია უფრო დიდი ამაჩქარებლების აგება. ეს ტენდენცია შეჩერდა უზარმაზარი რგოლის მაგნიტების დამზადების მაღალი ღირებულებით. ყველაზე დიდი იწონის დაახლოებით 40000 ტონას. ენერგიის გაზრდის გზები მანქანების ზომის გაზრდის გარეშე აჩვენეს 1952 წელს ლივინგსტონმა, კურანტმა და სნაიდერმა ალტერნატიული ფოკუსირების ტექნიკაში (ზოგჯერ მას უწოდებენ ძლიერ ფოკუსირებას). ამ პრინციპზე დაფუძნებული სინქროტრონები იყენებენ მაგნიტებს 100-ჯერ უფრო მცირე ვიდრე ადრე. ასეთი ფოკუსირება გამოიყენება ყველა თანამედროვე სინქროტრონში.
1956 წელს კერსტმა გააცნობიერა, რომ თუ ნაწილაკების ორი კომპლექტი დარჩებოდა გადაკვეთის ორბიტაზე, მათი შეჯახების დაკვირვება შესაძლებელი იქნებოდა. ამ იდეის გამოყენება მოითხოვდა აჩქარებული სხივების დაგროვებას ციკლებში, რომელსაც ეწოდება შენახვა. ამ ტექნოლოგიამ შესაძლებელი გახადა ნაწილაკების ურთიერთქმედების მაქსიმალური ენერგიის მიღწევა.
