Metody badawcze współczesnych

fizyków.

Akceleratory.

http://chomikuj.pl/Majster194
2/

Akceleratory

Definicja:



Urządzenie do przyspieszania cząstek naładowanych, tj. zwiększania ich

energii. Akceleratory można sklasyfikować ze względu na:



kształt toru przyspieszanych cząstek i krotność jego przebywania

przez cząstki w polu przyspieszającym (a. liniowe i cykliczne),



rodzaj przyspieszanych cząstek, metodę przyspieszania



maksymalnie osiąganą energię.



Np.



Akcelerator kołowy



Wielki Zderzacz Hadronów

Akcelerator kołowy

Akcelerator kołowy (cykliczny) - akcelerator, w którym

przyspieszane cząstki poruszają się po torach zbliżonych do

kołowych i spiralnych. Zakrzywienie toru wywołuje się za

pomocą elektromagnesów rozmieszczonych na planie

zbliżonym do okręgu. Elektromagnesy wytwarzają,

synchronicznie z przebiegiem cząstek, pole elektryczne o

dużej częstotliwości, albo wirowe pole elektryczne

wytwarzane przez zmienny strumień magnetyczny. Podczas

jednego cyklu cząstki doznają niewielkiego wzrostu energii,

dlatego aby otrzymać znaczny wzrost energii, cykl

przyspieszania należy wielokrotnie powtórzyć.

Akceleratorami kołowymi są:

betatron, cyklotron, mikrotron, synchrotron

Elektromagnes Labertsona stanowiący część

źródła protonów w akceleratorze w Fermilab, USA



Najbardziej znanym przykładem akceleratora

kołowego jest

Wielki Zderzacz Hadronów

Wielki Zderzacz Hadronów

największy na świecie akcelerator cząstek (hadronów), znajdujący się w

Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy. LHC leży na

terenie Francji oraz Szwajcarii.Wielki Zderzacz Hadronów jest największą

maszyną świata. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie

torusa o długości około 27 km[2], położonym na głębokości od 50 do 175 m pod

ziemią.



LHC jest zbudowany w tunelu akceleratora LEP (Large Electron Positron Collider –

Wielki Zderzacz Elektronowo Pozytronowy).

Betatron

cyklotron



Betatron - akcelerator indukcyjny, rodzaj akceleratora cyklicznego, służący

do przyspieszania elektronów. Betatron używany jest w przemyśle i w

medycynie jako źródło cząstek lub źródło promieniowania, w fizyce stanowi

jedynie urządzenie dydaktyczne. W fizyce jądrowej został wyparty przez

akceleratory umożliwiające uzyskanie wyższych energii cząstek szczególnie

synchrotrony.



Cyklotron - najprostsza i pierwsza historycznie forma akceleratora
cyklicznego cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym.

Mikrotron

synchrotron



Mikrotron - akcelerator cząstek zaliczany do akceleratorów kołowych; używany jest do

przyspieszania elektronów. Układ składa się z elektromagnesów zakrzywiających tor

cząstek oraz elektrod przyśpieszających polem elektrycznym, swoją budową

przypomina cyklotron.



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.

Laboratoria i metody

współczesnych fizyków

Laboratoria

Jest je trudno opisać w skrócie, gdyż

mogą to być zarówno pomieszczenia

podobne

do

laboratoriów

analitycznych,

jak

i

duże

hale

mieszczące różnego rodzaju aparaturę

o

znacznych

gabarytach.

Ich

konstrukcja i rozmiary są silnie

uzależnione od rodzaju prowadzonych

badań.

Laboratoria

Badania z dziedziny fizyki ciała stałego czy fizyki

materiałowej można przeprowadzać w laboratoriach o

niewielkich rozmiarach i przy użyciu aparatury,

zajmującej niewielkie kubatury. Z kolei badania cząstek

elementarnych i ich zderzeń przeprowadza się przy

użyciu akceleratorów, których rozmiary mogą być

porównywalne z rozmiarami wielkiego miasta (np.

CERN).

Laboratoria

Warto odnotować, że typowe rozmiary detektora, których może być

kilka lub kilkanaście w takim laboratorium, to rozmiary małego

domu jednorodzinnego. Można zaryzykować stwierdzenie, że

współczesne laboratoria fizyczne są największymi obiektami
badawczymi budowanymi na użytek nauki i badań podstawowych

.

Współczesne Metody



Współczesne badania fizyczne można podzielić na kilka wyraźnych działów,

które zajmują się różnymi aspektami świata materialnego.



Fizyka fazy skondensowanej, bodaj największa dziedzina fizyki,

dotyczy własności materii i jej związków z własnościami i

oddziaływaniami atomów, z których się składa.



Fizyka atomów, cząsteczek i zjawisk optycznych opisuje pojedyncze

atomy i cząsteczki oraz ich oddziaływania ze światłem.



Fizyka cząstek elementarnych (znana też jako fizyka wysokich

energii) z kolei bada cząstki submikroskopowe mniejsze od atomów

i poszukuje elementarnych cząstek budujących wszystkie inne

jednostki materii.



Astrofizyka wykorzystuje prawa fizyki, żeby tłumaczyć zjawiska

astronomiczne, na przykład zjawiska związane ze Słońcem,

Układem Słonecznym oraz Wszechświatem jako całością.