Γραμμική επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων. Όπως επιταχυντές σωματιδίων εργασία. Γιατί επιταχυντές σωματιδίων;

Ο επιταχυντής φορτισμένων σωματιδίων - μια συσκευή όπου μια δοκός ηλεκτρικά φορτισμένων ατομικής ή υποατομικά σωματίδια ταξιδεύουν σε σχεδόν την ταχύτητα. Η βάση του έργου του είναι απαραίτητη αύξησή τους ενέργεια από ένα ηλεκτρικό πεδίο και να αλλάξει την τροχιά - μαγνητική.

Ποιες είναι οι επιταχυντές σωματιδίων;

Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της βιομηχανίας. Μέχρι σήμερα, σε όλο τον κόσμο υπάρχουν περισσότερα από 30 χιλιάδες. Για τους φυσική φορτισμένων επιταχυντές σωματιδίων να χρησιμεύσει ως εργαλείο της βασικής έρευνας σχετικά με τη δομή των ατόμων, τη φύση των πυρηνικών δυνάμεων και πυρηνικών ιδιότητες, οι οποίες δεν υπάρχουν στη φύση. Το τελευταίο περιλαμβάνει διουρανικά και άλλα ασταθή στοιχεία.

Με το σωλήνα εκκένωσης έχει καταστεί δυνατό να προσδιοριστεί η συγκεκριμένη χρέωση. Φορτισμένα επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούνται επίσης για την παραγωγή ραδιοϊσοτόπων, σε βιομηχανικές ακτινογραφίες, ακτινοθεραπείας, για την αποστείρωση των βιολογικών υλικών, και σε ανάλυση ραδιενεργού άνθρακα. Οι μεγαλύτερες μονάδες που χρησιμοποιούνται στη μελέτη της θεμελιώδους αλληλεπιδράσεων.

Η διάρκεια ζωής των φορτισμένων σωματιδίων σε κατάσταση ηρεμίας σε σχέση με τον επιταχυντή είναι μικρότερη από εκείνη των σωματιδίων επιταχύνονται σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αυτό επιβεβαιώνει το σχετικά μικρό ποσό των σταθμών του χρόνου. Για παράδειγμα, στο CERN έχει επιτευχθεί μια αύξηση στην διάρκεια ζωής του μιονίου ταχύτητας 0,9994c 29 φορές.

Αυτό το άρθρο εξετάζει τι μέσα και εργασίας επιταχυντή σωματιδίων, την ανάπτυξή του, διαφορετικούς τύπους και διαφορετικά χαρακτηριστικά.

αρχές της επιτάχυνσης

Ανεξάρτητα από το τι είδους χρεώνονται επιταχυντές σωματιδίων ξέρετε, όλοι έχουν κοινά στοιχεία. Κατ 'αρχάς, πρέπει να έχουν μια πηγή ηλεκτρονίων στην περίπτωση ενός σωλήνα τηλεοπτική εικόνα ή ηλεκτρόνια, πρωτόνια και τα αντισωματίδια τους, στην περίπτωση των μεγαλύτερων εγκαταστάσεων. Επιπλέον, θα πρέπει να έχουν όλα τα ηλεκτρικά πεδία για να επιταχύνουν σωματίδια και μαγνητικά πεδία για τον έλεγχο της πορείας τους. Επιπλέον, το κενό στο φορτισμένο επιταχυντή σωματιδίων (10 ^-11 χιλιοστά Hg. V.), Μ Ε Α ελάχιστη ποσότητα του υπολειμματικού αέρα, απαιτείται για να εξασφαλιστεί μια μακρά διάρκεια ζωής δοκούς. Τέλος, όλες οι εγκαταστάσεις πρέπει να διαθέτουν μέσα εγγραφής, την καταμέτρηση και τη μέτρηση των επιταχυνόμενων σωματιδίων.

γενεά

Τα ηλεκτρόνια και πρωτόνια, τα οποία χρησιμοποιούνται πιο συχνά σε επιταχυντές, που βρέθηκαν σε όλα τα υλικά, αλλά πρώτα θα πρέπει να επιλέξετε από αυτές. Τα ηλεκτρόνια τυπικά παράγονται με τον ίδιο τρόπο όπως και στο σωλήνα εικόνα - σε μία συσκευή η οποία ονομάζεται «όπλο». Είναι μία κάθοδος (αρνητικό ηλεκτρόδιο) στο κενό, το οποίο θερμαίνεται σε μια κατάσταση όπου τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να βγει από τους άτομα. Τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια έλκονται προς την άνοδο (θετικό ηλεκτρόδιο) και να περάσει διαμέσου της εξόδου. Το ίδιο το όπλο είναι απλούστερη ως επιταχυντή, επειδή τα ηλεκτρόνια κινούνται υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Η τάση μεταξύ της καθόδου και της ανόδου, τυπικά στο εύρος 50-150 kV.

Εκτός από τα ηλεκτρόνια σε όλα τα υλικά που περιέχονται πρωτόνια, αλλά μόνον ένας πυρήνας πρωτονίου αποτελείται από άτομα υδρογόνου. Ως εκ τούτου, η πηγή σωματιδίων για επιταχυντές πρωτονίων είναι αέριο υδρογόνο. Στην περίπτωση αυτή, το αέριο ιονίζεται και τα πρωτόνια που βρίσκονται διαμπερή οπή. Σε μεγάλες επιταχυντές πρωτόνια συχνά σχηματίζονται με τη μορφή ιόντων αρνητικών υδρογόνου. Αντιπροσωπεύουν ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο από τα άτομα τα οποία είναι το προϊόν μιας διατομικών ιονισμού αερίου. Από τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου στα αρχικά στάδια του έργου ευκολότερη. Στη συνέχεια, περνούν μέσα από ένα λεπτό φύλλο, το οποίο τους στερεί ηλεκτρονίων πριν από το τελικό στάδιο της επιτάχυνσης.

επιτάχυνση

Όπως επιταχυντές σωματιδίων εργασία; Ένα βασικό χαρακτηριστικό όλων αυτών είναι το ηλεκτρικό πεδίο. Το πιο απλό παράδειγμα - το ενιαίο στατικό πεδίο μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών δυναμικών, παρόμοια με εκείνη που υπάρχει ανάμεσα στους ακροδέκτες του ηλεκτρικού μπαταρίας. Αυτό το πεδίο ηλεκτρονίων που μεταφέρουν ένα αρνητικό φορτίο είναι εκτεθειμένη σε μία δύναμη η οποία να οδηγεί σε μια θετική τάση. Θα επιταχύνει, και αν υπάρχει κάτι που θα μπορούσε να σταθεί στο δρόμο, την ταχύτητα και τη δύναμη αύξηση του. Τα ηλεκτρόνια κινούνται προς το θετικό δυναμικό σχετικά με το σύρμα ή στον αέρα, και συγκρούονται με τα άτομα χάνουν την ενέργεια, αλλά εάν βρίσκονται υπό κενό, στη συνέχεια, επιταχύνεται καθώς πλησιάζουν την άνοδο.

Η ένταση μεταξύ της θέσης έναρξης και λήξης των ορίζει ηλεκτρονίων τα αγόρασαν ενέργειας. Όταν κινείται μέσα από διαφορά δυναμικού 1 V είναι ίσο με 1 ηλεκτρόνιο-βολτ (eV). Αυτό είναι ισοδύναμο με 1,6 × 10 ^-19 joule. Η ενέργεια ενός κουνουπιού τρισεκατομμύρια φορές περισσότερο. Σε ηλεκτρόνια επιταχύνονται kinescope τάση μεγαλύτερη από 10 kV. Πολλοί επιταχυντές φτάσει πολύ υψηλότερες ενέργειες μετριέται μέγα, giga και tera-ηλεκτρόνιο-βολτ.

είδος

Μερικά από τα πρώτα είδη επιταχυντές σωματιδίων, όπως το πολλαπλασιαστής τάσεως και της γεννήτριας γεννήτρια Van de Graaff, χρησιμοποιώντας ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο που παράγεται από τα δυναμικά μέχρι ένα εκατομμύριο βολτ. Με τέτοιες υψηλές τάσεις λειτουργούν εύκολο. Μια πιο πρακτική εναλλακτική λύση είναι η επαναλαμβανόμενη δράση του ασθενή ηλεκτρικά πεδία που παράγονται χαμηλά δυναμικά. Η αρχή αυτή χρησιμοποιείται στους δύο τύπους των σύγχρονων επιταχυντών - γραμμικών και κυκλικών (κυρίως κύκλοτρα και synchrotrons). Γραμμική επιταχυντές σωματιδίων, εν ολίγοις, αυτά πέρασαν μία φορά μέσω της ακολουθίας της επιταχυνόμενης πεδία, ενώ οι κυκλικά πολλές φορές κινούνται σε κυκλική διαδρομή διαμέσου του σχετικά μικρού ηλεκτρικού πεδίου. Σε αμφότερες τις περιπτώσεις, η τελική ενέργεια των σωματιδίων εξαρτάται από το συνολικό πεδίο δράσης, έτσι ώστε πολλά μικρά «χτυπήματα» προστίθενται μαζί για να δώσουν το συνδυασμένο αποτέλεσμα ενός ενιαίου μεγάλου.

Η επαναλαμβανόμενη δομή ενός γραμμικού επιταχυντή για να παράγει ηλεκτρικά πεδία με φυσικό τρόπο είναι να χρησιμοποιήσετε την AC, όχι DC. Τα θετικά φορτισμένα σωματίδια επιταχύνονται προς το αρνητικό δυναμικό και να πάρετε μια νέα ώθηση, αν περάσει θετικά. Στην πράξη, η τάση πρέπει να αλλάξει πολύ γρήγορα. Για παράδειγμα, σε μια ενέργεια του 1 MeV πρωτονίου κινείται με πολύ μεγάλη ταχύτητα είναι η ταχύτητα του φωτός των 0,46, περνώντας 1,4 m από 0,01 ms. Αυτό σημαίνει ότι στην επαναλαμβανόμενη δομή μερικών μέτρα μήκος, τα ηλεκτρικά πεδία πρέπει να αλλάξει κατεύθυνση με συχνότητα τουλάχιστον 100 MHz. Γραμμικά και κυκλικά επιταχυντές σωματιδίων συνήθως τους διαλύσει με το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο συχνότητας από 100 ΜΗz έως 3000, Τ. Ε Στο εύρος των ραδιοκυμάτων σε μικροκύματα.

Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι ένας συνδυασμός ταλάντωσης ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων ταλάντωσης σε ορθές γωνίες μεταξύ τους. Το βασικό σημείο είναι να ρυθμίσετε το κύμα επιταχυντή, έτσι ώστε κατά την άφιξη των σωματιδίων το ηλεκτρικό πεδίο κατευθύνεται σύμφωνα με το διάνυσμα επιταχύνσεως. Αυτό μπορεί να γίνει με τη χρήση ενός διαρκούς κύμα - ο συνδυασμός των κυμάτων που ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις σε ένα κλειστό χώρο, τα ηχητικά κύματα στο όργανο σωλήνα. Μία εναλλακτική πραγματοποίηση για την ταχεία μετακίνηση ηλεκτρονίων οποίων ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, ενός οδεύοντος κύματος.

autophasing

Ένα σημαντικό αποτέλεσμα της επιτάχυνσης σε ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο είναι ένα «σταθερότητα φάσης». Σε ένα πεδίο ταλάντωσης κύκλου εναλλασσόμενου περνά από το μηδέν από την μέγιστη τιμή πίσω στο μηδέν, μειώνει στο ελάχιστο και αυξάνεται στο μηδέν. Έτσι, περνά δύο φορές διαμέσου της τιμή που απαιτείται για την επιτάχυνση. Αν ένα σωματίδιο του οποίου η ταχύτητα αυξάνεται, έρχεται πολύ νωρίς, δεν θα λειτουργήσει ένα πεδίο επαρκή αντοχή, και η ώθηση θα είναι αδύναμη. Όταν φτάσει το επόμενο περιοχή, το τεστ αργά και μεγαλύτερο αντίκτυπο. Καθώς συμβαίνει ένα αποτέλεσμα, αυτο-σταδιακή, τα σωματίδια θα είναι σε φάση με κάθε πεδίο στην περιοχή επιτάχυνση. Μια άλλη επίδραση είναι η ομαδοποίησή τους στο χρόνο για να σχηματίσει ένα θρόμβο παρά ένα συνεχές ρεύμα.

Η κατεύθυνση της δέσμης

Σημαντικό ρόλο στο πώς λειτουργεί και επιταχυντή σωματιδίων, παίζουν και μαγνητικά πεδία, καθώς μπορούν να αλλάξουν την κατεύθυνση της κίνησής τους. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για «κάμψη» της δέσμης σε μια κυκλική διαδρομή, έτσι ώστε να επανειλημμένα περνούν διαμέσου του ίδιου τμήματος επιτάχυνση. Στην απλούστερη περίπτωση, σε ένα φορτισμένο σωματίδιο το οποίο κινείται σε ορθή γωνία ως προς την κατεύθυνση του ομογενούς μαγνητικού πεδίου, ένας φορέας δύναμη κάθετη προς τόσο της κίνησής του, και στο πεδίο. Αυτό προκαλεί την ακτίνα για να προχωρήσουμε σε μια κυκλική διαδρομή κάθετη προς το πεδίο, μέχρι να βγαίνει από το πεδίο της δράσης ή άλλη δύναμη αρχίζει να δρα σε αυτό. Αυτή η επίδραση χρησιμοποιείται στην κυκλική επιταχυντές όπως ένα σύγχροτρον και κυκλοτρόνιο. Σε ένα κυκλοτρόνιο, το σταθερό πεδίο παράγεται από ένα μεγάλο μαγνήτη. Σωματίδια με την αύξηση του ενεργειακού τους που διακινούνται σπειροειδώς προς τα έξω επιταχυνθεί με κάθε περιστροφή. Οι θρόμβοι σύγχροτρον κινηθεί γύρω από το δαχτυλίδι με μια σταθερή ακτίνα, και το πεδίο που παράγεται από τους ηλεκτρομαγνήτες γύρω από το δαχτυλίδι αυξάνει καθώς τα σωματίδια επιταχύνονται. Οι μαγνήτες που παρέχουν «κάμψη», αποτελούν δίπολα με βόρειο και νότιο πόλο, λυγισμένο σε σχήμα πετάλου, έτσι ώστε η δέσμη μπορεί να περάσει ανάμεσά τους.

Η δεύτερη σημαντική λειτουργία των ηλεκτρομαγνητών είναι να εστιάσει τις ακτίνες, έτσι ώστε να είναι τόσο στενή και έντονη όσο το δυνατόν. Η απλούστερη μορφή της εστίασης μαγνήτη - με τέσσερις πόλους (δύο βόρειες και νότιες δύο) που βρίσκεται απέναντι από το άλλο. Ωθούν τα σωματίδια στο κέντρο σε μια κατεύθυνση, αλλά τους επιτρέπουν να διανέμονται στο κάθετο. Τετραπολικό μαγνήτη εστίαση της δέσμης οριζόντια, επιτρέποντάς του να πάει εκτός εστίασης κατακόρυφα. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε ζεύγη. Για μια πιο ακριβή εστίαση χρησιμοποιούνται επίσης πιο εξελιγμένα μαγνήτες με μεγάλο αριθμό πόλων (6 και 8).

Δεδομένου ότι η ενέργεια των σωματιδίων αυξάνεται, την ισχύ του μαγνητικού πεδίου, κατευθύνοντας τους αυξάνεται. Αυτό κρατά την ακτίνα στην ίδια τροχιά. Το τυρόπηγμα εισάγεται εντός του δακτυλίου και επιταχύνεται σε μία επιθυμητή ενέργεια προτού να μπορέσει να αποσυρθεί και να χρησιμοποιηθούν σε πειράματα. Συστολής επιτυγχάνεται με ηλεκτρομαγνήτες οι οποίες ενεργοποιούνται για να ωθήσει τα σωματίδια από το δακτύλιο synchrotron.

σύγκρουση

Φορτισμένα επιταχυντές σωματιδίων που χρησιμοποιούνται στην ιατρική και τη βιομηχανία, κυρίως παράγουν μία δέσμη για ένα συγκεκριμένο σκοπό, π.χ., ακτινοβολία ή εμφύτευση ιόντων. Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια που χρησιμοποιούνται μια φορά. Το ίδιο ισχύει και επιταχυντές χρησιμοποιούνται στη βασική έρευνα εδώ και πολλά χρόνια. Αλλά οι δακτύλιοι αναπτύχθηκαν το 1970, κατά την οποία δύο δέσμες κυκλοφορούν σε αντίθετες κατευθύνσεις και συγκρούονται γύρω από το κύκλωμα. Το κύριο πλεονέκτημα αυτών των συστημάτων είναι ότι σε περίπτωση μετωπικής ενέργεια σύγκρουσης των σωματιδίων πηγαίνει κατευθείαν στην ενεργειακή αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με ό, τι συμβαίνει όταν η δέσμη συγκρούεται με σταθερές εικόνες, οπότε το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας πηγαίνει στη μείωση του υλικού-στόχου σε κίνηση, σύμφωνα με την αρχή της διατήρησης της ορμής.

Μερικά μηχανήματα με ακτίνες συγκρούονται κατασκευάζονται με δύο δακτυλίους, που τέμνονται σε δύο ή περισσότερα μέρη, στα οποία κυκλοφορεί σε αντίθετες κατευθύνσεις, τα σωματίδια του ίδιου τύπου. Πιο κοινή επιταχυντή σωματιδίων-αντισωματιδίου. Αντισωματίδιο έχει το αντίθετο φορτίο των συνδεδεμένων σωματιδίων. Για παράδειγμα, το ποζιτρόνιο, είναι θετικά φορτισμένο, και τα ηλεκτρόνια - αρνητικά. Αυτό σημαίνει ότι ένα πεδίο που επιταχύνει το ηλεκτρόνιο, το ποζιτρόνιο επιβραδύνει, κινείται προς την ίδια κατεύθυνση. Αλλά αν ο τελευταίος κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση, θα επιταχυνθεί. Ομοίως, ένα ηλεκτρόνιο κινείται μέσω ενός μαγνητικού πεδίου καμπύλη βούληση προς τα αριστερά, και το ποζιτρόνιο - δεξιά. Αλλά αν το ποζιτρόνιο κινείται προς τα εμπρός, τότε πορεία του θα συνεχίσει να αποκλίνει προς τα δεξιά, αλλά την ίδια καμπύλη όπως αυτή του ηλεκτρονίου. Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια μπορούν να κινηθούν μέσω του δακτυλίου των synchrotron ίδια μαγνήτες και επιταχύνονται από τις ίδιες ηλεκτρικά πεδία σε αντίθετες κατευθύνσεις. Την αρχή αυτή δημιούργησε πολλά ισχυρά επιταχυντές συγκρουόμενων δεσμών, τ. Για. Το απαιτεί μόνο ένα επιταχυντή δαχτυλίδι.

Beam στην σύγχροτρον δεν κινείται συνεχώς και να ενσωματωθεί στο «μάζες». Μπορούν να είναι αρκετά εκατοστά σε μήκος και το ένα δέκατο του χιλιοστού σε διάμετρο, και περιλαμβάνουν περίπου ¹² σωματίδια ^{Οκτώβριο.} Αυτή η χαμηλή πυκνότητα, επειδή το μέγεθος των εν λόγω υλικό περιέχει περίπου 10 ²³ άτομα. Ως εκ τούτου, όταν ένας συγκρουόμενων δεσμών τέμνονται, υπάρχει μόνο μια μικρή πιθανότητα ότι τα σωματίδια θα αντιδρούν μεταξύ τους. Στην πράξη, οι θρόμβοι συνεχίσει να κινείται γύρω από το δαχτυλίδι και να ανταποκριθεί και πάλι. Υψηλό κενό στον επιταχυντή φορτισμένων σωματιδίων (10 ^-11 χιλιοστά Hg. V.) απαιτείται προκειμένου ότι τα σωματίδια μπορούν να κυκλοφορούν για πολλές ώρες χωρίς συγκρούσεις με τα μόρια του αέρα. Ως εκ τούτου, ο δακτύλιος ονομάζεται επίσης αθροιστική, επειδή δοκών στην πραγματικότητα είναι αποθηκευμένα εκεί για αρκετές ώρες.

εγγραφή

Φορτισμένο επιταχυντές σωματιδίων στην πλειονότητα μπορεί να εγγραφεί συμβαίνει όταν τα σωματίδια χτυπήσει το στόχο ή την άλλη δοκό, κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Σε ένα σωλήνα τηλεοπτική εικόνα, ηλεκτρόνια από το όπλο για να χτυπήσει την οθόνη φωσφόρου στην εσωτερική επιφάνεια και εκπέμπουν φως, το οποίο αναδημιουργεί έτσι την μεταδιδόμενη εικόνα. Σε επιταχυντές τέτοιες εξειδικευμένες ανιχνευτές αντιδρούν σε διάσπαρτα σωματίδια, αλλά είναι συνήθως σχεδιασμένα για να δημιουργήσουν ηλεκτρικά σήματα που μπορούν να μετατραπούν σε δεδομένα υπολογιστών και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας τα προγράμματα υπολογιστή. Μόνο χρεώνονται στοιχεία παράγουν ηλεκτρικά σήματα που διέρχεται από το υλικό, για παράδειγμα με ιονισμό ή διέγερση των ατόμων, και μπορεί να ανιχνευθεί άμεσα. Τα ουδέτερα σωματίδια όπως νετρόνια ή φωτόνια μπορεί να ανιχνευθεί έμμεσα μέσω της συμπεριφοράς των φορτισμένων σωματιδίων που βρίσκονται σε κίνηση.

Υπάρχουν πολλά εξειδικευμένα ανιχνευτές. Μερικά από αυτά, όπως έναν μετρητή Geiger, μια αρίθμηση σωματίδιο, και άλλες χρήσεις, π.χ., για κομμάτια εγγραφής ή μέτρηση της ταχύτητας της ενέργειας. Σύγχρονη ανιχνευτές σε μέγεθος και τεχνολογία, μπορεί να ποικίλει από μικρές συσκευές συζευγμένου φορτίου σε μεγάλες θαλάμους αερίων-γεμισμένο με σύρματα τα οποία ανιχνεύουν ιονισμένο κομμάτια που παράγονται από φορτισμένα σωματίδια.

ιστορία

Φορτισμένα επιταχυντές σωματιδίων αναπτύχθηκε κυρίως για μελέτες των ιδιοτήτων των ατομικών πυρήνων και στοιχειωδών σωματιδίων. Από το άνοιγμα της βρετανικής φυσικός Ernest Rutherford το 1919, η αντίδραση του πυρήνα αζώτου και ένα σωματίδιο άλφα, όλη η έρευνα στον τομέα της πυρηνικής φυσικής να 1932 διεξήχθησαν με πυρήνες ηλίου, που απελευθερώνεται από τη διάσπαση των φυσικών ραδιενεργών στοιχείων. Φυσικό άλφα-σωματίδια έχουν κινητική ενέργεια των 8 MeV, αλλά Rutherford πιστεύεται ότι πρέπει να είναι τεχνητά επιταχυνθεί ακόμη σε υψηλότερες τιμές για την παρακολούθηση της αποσύνθεσης των βαρέων πυρήνων. Εκείνη την εποχή φαινόταν δύσκολο. Ωστόσο, ο υπολογισμός που έγινε το 1928 από τον Georgiem Gamovym (στο Πανεπιστήμιο του Göttingen, Γερμανία), έδειξε ότι τα ιόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολύ χαμηλότερες ενέργειες, και αυτό έχει διεγερθεί προσπάθειες για την κατασκευή ενός μηχανισμού που παρέχει μια δέσμη επαρκή Πυρηνικών Ερευνών.

Άλλα γεγονότα αυτής της περιόδου κατέδειξε τις αρχές με τις οποίες οι επιταχυντές σωματιδίων κατασκευαστεί μέχρι σήμερα. Τα πρώτα επιτυχή πειράματα με τεχνητά επιταχυνόμενη ιόντα έγιναν Cockroft και Walton το 1932 στο Πανεπιστήμιο του Cambridge. Με τη χρήση ενός πολλαπλασιαστή τάσης, τα πρωτόνια επιταχύνονται σε 710 keV, και έδειξε ότι η τελευταία αντιδρά με λίθιο για να σχηματίσουν δύο σωματίδια άλφα. Με 1931, στο Πανεπιστήμιο του Princeton στο New Jersey, Robert Van de Graaff ηλεκτροστατική ιμάντα κατασκεύασε το πρώτο υψηλών δυνατοτήτων γεννήτρια. Τάση πολλαπλασιαστή Cockcroft-Walton γεννήτριες και γεννήτρια Van de Graaff εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ως πηγές ενέργειας για επιταχυντές.

Η αρχή της γραμμικής συντονισμού επιταχυντή καταδείχθηκε Rolf Wideroe το 1928. Η Rhine-Βεστφαλίας Τεχνικό Πανεπιστήμιο στη Aachen, Γερμανία, χρησιμοποίησε ένα υψηλής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος για να επιταχύνει τα ιόντα νατρίου και καλίου σε ενέργειες που υπερβαίνουν δύο φορές για να τους πει. Το 1931 στις Ηνωμένες Πολιτείες Ernest Lourens και ο βοηθός του, ο David Sloan του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, χρησιμοποίησε τα πεδία υψηλής συχνότητας για την επιτάχυνση ιόντων υδραργύρου σε ενέργειες μεγαλύτερες από 1,2 MeV. Η εργασία αυτή συμπληρώνεται επιταχυντής βαρέων φορτισμένων σωματιδίων Wideroe, αλλά οι δέσμες ιόντων δεν είναι χρήσιμοι στην πυρηνική έρευνα.

Μαγνητική επιταχυντή συντονισμού ή κύκλοτρου, σχεδιάστηκε ως μία τροποποίηση της εγκατάστασης Lawrence Wideroe. Φοιτητής Lawrence Livingston κατέδειξε την αρχή του κυκλοτρονίου το 1931, κάνοντας τα ιόντα με ενέργεια 80 keV. Το 1932, Lawrence και Livingston ανακοίνωσε την επιτάχυνση πρωτονίων μέχρι και πάνω από 1 MeV. Αργότερα, το 1930, της ενέργειας κύκλοτρα φτάσει περίπου 25 MeV, και Van de Graaff - περίπου 4 MeV. Το 1940, Donald Kerst, εφαρμόζοντας τα αποτελέσματα της προσεκτικής υπολογισμών της τροχιάς με τη δομή μαγνήτη, χτισμένη στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις, το πρώτο βήτατρου, μαγνητική επαγωγή ηλεκτρονίων επιταχυντή.

Η σύγχρονη φυσική: επιταχυντές σωματιδίων

Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο υπήρξε μια ταχεία πρόοδο στην επιστήμη της επιτάχυνσης σωματιδίων σε υψηλές ενέργειες. Ξεκίνησε Edwin McMillan στο Μπέρκλεϊ και ο Βλαντιμίρ Veksler στη Μόσχα. Το 1945, και οι δύο είναι ανεξάρτητα το ένα από το άλλο έχουν περιγράψει την αρχή της σταθερότητας φάσης. Η έννοια αυτή προσφέρει ένα μέσο για τη διατήρηση των σταθερές τροχιές των σωματιδίων σε ένα κυκλικό επιταχυντή που αφαιρείται περιορισμούς στην ενέργεια πρωτονίου και βοήθησε στη δημιουργία ενός μαγνητικού επιταχυντές συντονισμού (synchrotrons) για τα ηλεκτρόνια. Autophasing, η εφαρμογή της αρχής της σταθερότητας φάσης, επιβεβαιώθηκε μετά την κατασκευή ενός μικρού συγχροκύκλοτρο στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια και της σύγχροτρον στην Αγγλία. Λίγο αργότερα, το συντονιστικό επιταχυντής πρώτο πρωτόνιο γραμμικό δημιουργήθηκε. Η αρχή αυτή χρησιμοποιείται σε όλες τις μεγάλες synchrotrons πρωτονίων που χτίστηκε από τότε.

Το 1947, ο William Hansen, στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια, κατασκεύασε το πρώτο ηλεκτρονικό γραμμικό επιταχυντή στο κύμα μετακίνησης, το οποίο χρησιμοποιείται τεχνολογία μικροκυμάτων που έχει αναπτυχθεί για τα ραντάρ κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου.

Η πρόοδος στη μελέτη αυτή κατέστη δυνατή με την αύξηση της ενέργειας πρωτονίων, η οποία οδήγησε στην κατασκευή όλο και μεγαλύτερων επιταχυντών. Η τάση αυτή έχει υψηλό κόστος κατασκευής δαχτυλίδι τεράστιο μαγνήτη έχει σταματήσει. Η μεγαλύτερη ζυγίζει περίπου 40.000 τόνους. Μέθοδοι για την αύξηση της ενέργειας χωρίς αύξηση του μεγέθους της μηχανής υποβλήθηκαν σε διαλογή σε περίπου 1952 godu Livingstone, Courant και Snyder μια τεχνική της εναλλασσόμενης εστίασης (μερικές φορές ονομάζεται ισχυρή εστίαση). Synchrotrons εργάζονται σε αυτή την αρχή, χρησιμοποιούν μαγνήτες 100 φορές μικρότερη από ό, τι πριν. Τέτοια εστίαση χρησιμοποιείται σε όλες τις σύγχρονες synchrotrons.

Το 1956 Kerst συνειδητοποίησε ότι αν οι δύο ομάδες σωματιδίων που διατηρούνται επί του τεμνόμενες τροχιές, μπορείτε να παρακολουθήσετε τους συγκρούονται. Η εφαρμογή αυτής της ιδέας απαιτείται η συσσώρευση επιτάχυνση δοκάρια σε κύκλους, που ονομάζεται αθροιστική. Αυτή η τεχνολογία έχει επιτύχει μια μέγιστη ενέργεια των σωματιδίων αλληλεπίδρασης.