Synchrotron

Synchrotron – szczególny typ akceleratora cyklicznego, w którym cząstki są przyspieszane w polu elektrycznym wzbudzanym w szczelinach rezonatorów synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w każdym cyklotronie (akceleratorze cyklicznym) przyspieszane cząstki krążą w polu magnetycznym. W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek[1].

W synchrotronie można uzyskać energię elektronów do 23 GeV, protonów zaś do 1 TeV. Synchrotronową metodę przyspieszania cząstek podali niezależnie w 1944 r. W. I. Weksler i w 1945 E. M. McMillan.

Pierwsze synchrotrony były rozwinięciem koncepcji betatronu, jako akceleratora przyspieszającego cząstki wzrastającym polem magnetycznym. W komorze akceleratora umieszczono dodatkowo elektrody przyspieszające polem elektrycznym. Elektrody były zasilane napięciem przemiennym wielkiej częstotliwości o częstotliwości synchronicznej z czasem obiegu przyspieszanych cząstek.

Przyspieszane cząstki krążą w komorze próżniowej w kształcie pierścienia, po okręgu o stałym promieniu. Rozwiązanie takie umożliwia zmniejszenie wielkości elektromagnesu potrzebnego do zakrzywiania toru cząstek, zwiększenie pola magnetycznego zakrzywiającego tor ruchu oraz zwiększenie promienia toru przyspieszanych cząstek.

W synchrotronach, w których przyspieszane cząstki wykonują setki tysięcy obiegów, zachodzi konieczność nadawania rozpędzanym cząstkom odpowiedniego toru. Gdyby nie podejmowano działań w tym kierunku, jedynie niewielka część z początkowej liczby cząstek dotarłaby do celu. W tym celu kształtuje się odpowiednio pole magnetyczne, początkowo (obecnie tylko w małych akceleratorach) stosowano specjalne ukształtowanie pola zakrzywiającego tor ruchu cząstek i w związku z tym wprowadzono podział akceleratorów na: akceleratory bez gradientu pola, ze stałym gradientem pola, zmiennym gradientem pola.

Obecnie w dużych akceleratorach stosuje się technikę polegającą na rozdzieleniu elementów kształtujących wiązkę i zakrzywiających wiązkę. Między sekcjami zakrzywiającymi tor ruchu, instaluje się sekcje ogniskujące wiązkę oparte zazwyczaj na kwadrupolach.