EN synkrotron er et design av en syklisk partikkelakselerator, der en stråle av ladede partikler passerer gjentatte ganger gjennom et magnetfelt for å få energi på hver passering. Når bjelken får energi, justeres feltet for å opprettholde kontroll over bjelkens vei når den beveger seg rundt den sirkulære ringen. Prinsippet ble utviklet av Vladimir Veksler i 1944, med den første elektron-synkrotronen bygd i 1945 og den første proton synkrotron bygd i 1952.
Slik fungerer en synkrotron
Synkrotronen er en forbedring av syklotron, som ble designet på 1930-tallet. I syklotroner beveger strålen med ladede partikler seg gjennom et konstant magnetfelt som leder strålen i en spiralbane, og passerer deretter gjennom et konstant elektromagnetisk felt som gir en økning i energi på hver passering gjennom feltet. Denne støt i kinetisk energi betyr at strålen beveger seg gjennom en litt bredere sirkel ved passering gjennom magnetfeltet, får en ny støt, og så videre til den når de ønskede energinivåene.
Forbedringen som fører til synkrotronen er at i stedet for å bruke konstante felt, bruker synkrotronen et felt som endrer seg i tid. Når bjelken får energi, justeres feltet deretter for å holde bjelken i midten av røret som inneholder bjelken. Dette gir større grad av kontroll over bjelken, og enheten kan bygges for å gi flere økninger i energi gjennom en syklus.
En spesifikk type synkrotrondesign kalles en lagringsring, som er en synkrotron som er designet for det eneste formål å opprettholde et konstant energinivå i en bjelke. Mange partikkelakseleratorer bruker hovedakseleratorstrukturen for å akselerere strålen opp til ønsket energinivå overfør den til lagringsringen som skal opprettholdes til den kan kollideres med en annen bjelke som beveger seg motsatt retning. Dette dobler energien i kollisjonen effektivt uten å måtte bygge to fulle akseleratorer for å få to forskjellige bjelker opp til fullt energinivå.
Major Synchrotrons
Cosmotron var en protonsynkrotron bygd på Brookhaven National Laboratory. Det ble tatt i bruk i 1948 og nådde full styrke i 1953. På det tidspunktet var det den kraftigste enheten som ble bygget, og var i ferd med å nå energier på ca. 3,3 GeV, og den var i drift til 1968.
Byggingen av Bevatron ved Lawrence Berkeley National Laboratory begynte i 1950, og den ble fullført i 1954. I 1955 ble Bevatron brukt til å oppdage antiproton, en prestasjon som fikk Nobelprisen i fysikk fra 1959. (Interessant historisk notat: Det ble kalt Bevatraon fordi det oppnådde energier på omtrent 6,4 BeV, for "milliarder av elektronvolt." Med vedtakelsen av SI-enheterimidlertid ble prefikset giga- vedtatt for denne skalaen, så notasjonen ble endret til GeV.)
Tevatron-partikkelakseleratoren på Fermilab var en synkrotron. I stand til å akselerere protoner og antiprotoner til kinetisk energinivå litt under 1 TeV, var det den kraftigste partikkelakseleratoren i verden frem til 2008, da den ble overgått av Stor Hadron Collider. Den 27 kilometer lange akseleratoren på Large Hadron Collider er også en synkrotron og er aktuell i stand til å oppnå akselerasjonsenergier på omtrent 7 TeV per bjelke, noe som resulterer i 14 TeV kollisjoner.