الرئيسية » مواضيع مميزة » مسرع الجسيمات Particle Accelerator

مسرع الجسيمات Particle Accelerator

اجهزة تستخدم لتسريع الجسيمات النووية المشحونة إلى سرعات عالية و طاقات عالية ز و تعتبر اجهزة المسرعات من الأجهزة الفيزيائية الكبيرة و ذات سعر عال . و جميع تلك الأجهزة و باختلاف أشكالها و طريقة عملها، فإنها تتكون من ثلاثة مكونات رئيسية وهي مصدر الجسيمات النووية و أنبوب مفرغ تسير فيه الجسيمات بحرية و جهاز او وسيلة لتسريع الجسيمات . فالجسيمات المشحونة ممكن ان تسرع من خلال تطبيق مجال كهرستاتيكي . فمثلا عن وضع اقطاب ذات فرق جهد عال عند كل طرف من طرفي الانبوب المفرغ أمكن تسريع البروتونات إلى 250 ألف إلكترون فولت . كما امكن استعمال مسرع فان دي جراف الذي يعتمد على توليد فرق جهد عال نتيجة حركة الحزام المتحرك ، و هذا الجهاز امكن تسريع الجسيمات إلى 15 مليون إلكترون فولت . و في السنوات الأخيرة لجأ العلماء إلى تصميم أجهزة من شأنها تزويد الجسيمات بطاقة حركية عالية و توجيهها نحو الهدف بدقة و هذه تعرف باسم المسارعات النووية ومن أهما المسارعات الخطية او المستقيمة و السيكلوترون و البيتاترون . فالمسارعات الخطية تعتمد على مفهوم إن أبسط طريقة لتسريع الجسيمات المشحونة هي السماح لها بالحركة بين قطبين، الفرق في الجهد بينهما عالي، وفي هذه الحالة تتحرك الجسيمات المشحونة في خط مستقيم، ومن هنا جاء اسمها المسارعات الخطية، ويتكون مثل هذا النوع من المسارعات من مجموعة من الموصلات الأسطوانية الجوفاء (غير المصمتة)، يفصل بينها أسطوانات من مادة عازلة، كلها مرتبة في خط مستقيم، بحيث تنطبق محاورها على خط مستقيم واحد ويكون هناك فرق كبير في الجهد، بين كل اسطوانتين موصلتين متتاليتين، ويكون فرق الجهد الكلي هو مجموع فروق الجهد هذه وأشهر المسارعات الخطية هو مسارع فان دي غراف، ومن مزايا هذا النوع من المسارعات أنه يمكن بوساطته الحصول على حزمة عالية الشدة من البروتونات أو الديوترونات ذات الطاقة العالية، وجسيمات ألفا، كما أنه يمكن معرفة طاقة هذه الجسيمات بمعرفة فرق الجهد المستخدم في تسريع الجسيمات.

أما السيكلوترون فإنه يعد من أنجح الوسائل في تسريع البروتونات، والديوترونات، وجسيمات ألفا، و قد تم اختراعه على أيدي العالمين الفيزيائيين الأمريكيين: أرنست لورنس و م. ليفينغستون في عام 1934 ، ويتكون هذا المسارع من قطبين أجوفين كلاهما على شكل حرف D ، موضوعين على سطح أفقي بحيث يواجه أحدهما الآخر، ويتصل بالقطبين مصدر متناوب لفرق الجهد، ويؤثر في مستوى القطبين مجال مغناطيسي قوي في اتجاه يتعامد مع مستواهما، ويكون مصدر الايونات (الجسيمات المشحونة المراد تسريعها في مركز السيكلوترون) بين القطبين. ويعمل فرق الجهد بينهما على تسريع الجسيمات المشحونة بينهما، في حين يعمل المجال المغناطيسي على تحريكهما في مسار دائري في كليهما، ويكون الزمن الدوري لفرق الجهد المتناوب متسقا مع الزمن اللازم للجسيم الواحد لإكمال نصف دورة (المسار في أي القطبين) فتزداد سرعة الجسيمات، ويزداد معها نصف قطر مدارها، إلى أن تخرج من فتحة خاصة في المسارع نحو الهدف بطاقة حركية عالية جدا، قد تصل إلى 18 مليون إلكترون فولت.

أما البيتاترون فإنه مسارع يستخدم ظاهرة الحث الكهرمغناطيسي للحصول على طاقة عالية للالكترونات، وظهر هذا النوع من المسارعات عام 1940 على يد مخترعه العالم الفيزيائي كيرست ، فهو يتكون من أنبوبة زجاجية على شكل حلقة مفرغة من الهواء، موضوعة بين قطبي مغناطيس كهربائي قوي، وتدخل الإلكترونات إلى الحلقة عن طريق فتيل مسخن، ويتغير المجال المغناطيسي تغيرا دوريا في أثناء وجود الإلكترونات في الحلقة ، وهذا تغير المجال المغناطيسي يولد مجالا كهربائيا حثيا و يؤثر هذا المجال في الإلكترونات ويعمل على تسريعها، وإذا كان المجال المغناطيسي كبيرا و يتزايد بمعدل كبير فإن الإلكترونات تعمل مئات الألوف من الدورات في الحلقة الزجاجية، وفي كل دورة، تكتسب طاقة جديدة، وعند توقف المجال الكهربائي عن التزايد، تكون الإلكترونات قد اكتسبت طاقة تبلغ عدة ملايين إلكترون فولت وعندها، توجه نحو الهدف لإحداث التفاعل النووي المطلوب.

مقالات قد تفيدك :

عن Akram Amir El Ali

استاذ الكيمياء التحليلية ومصمم غرافيك

شاهد أيضاً

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية لوحة (بوستر) كيمياء الشاي لوحة (بوستر) كيمياء الشوكولاته لوحة (بوستر …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.