Header Ads

السيكلترون ( مسرع الجسيمات) معجل الجسيمات

السيكلترون ( مسرع الجسيمات) معجل الجسيمات 
هنالك نوعان من معجلات الجسيمات هي 
معجلات دائرية ومعجلات خطية 
في موعنا هذا سنتعرف على السيكلترون وهو معجل ( مسرع) جسيمات من النوع الدائري
السيكلترون ( مسرع الجسيمات) معجل الجسيمات

السيكلوترون
تركيب السيكلوترون:
يتركب السيكلوترون من الأجزاء التالية:
1 ـ القلب:
ويتكون من غرفتين معدنيتين مجوفتين (د 1، د 2) كل منهما على شكل حرف (D)، وتحصر الغرفتان بينهما فجوة طولية صغيرة.
2 ـ مصدر للجسيمات المراد تعجيلها:
وهي البروتونات أو الديوترونات أو جسيمات ألفا، وتوضع في منتصف الفجوة الطولية بين الغرفتين.
3 ـ مصدر لفرق جهد متردد عالي التردد:
تتصل الغرفتان بمصدر جهد متردد (100000) فولت وتردده 10 مليون هيرتز يعمل على توليد مجال كهربي متغير الاتجاه في الفجوة بين (د 1، د 2) .
4 ـ الأسطوانة المعدنية:
يوضع القلب داخل أسطوانة معدنية بحيث يكون معزولاً عنها، ويفرغ الهواء من الأسطوانة ومن الغرفتين حتى لا تتصادم جزيئات الهواء مع الجسيمات المعجلة فتنحرف عن مسارها وتفقد جزءاً من طاقتها.
5 ـ المغناطيس الكهربي:
توضع الأسط وانة بما فيها بين قطبي مغناطيس كهربي قوي بحيث يكون اتجاه مجاله المغناطيسي عمودياً على مستوى سطحيها.
6 ـ اللوح الحارف:
وهو لوح معدني سالب الشحنة يعمل على جذب الجسيمات الموجبة في نهاية مسارها الحلزوني عند خروجها من فتحة القلب ويوجهها إلى الهدف للتفاعل معه.
يستخدم لتعجيل الجسيمات الموجبة مثل البروتونات والديوترونات وجسيمات ألفا، فتزداد سرعتها إلى درجة كبيرة جداً فيمكن استخدامها كقذائف توجه نحو نوى الذرات في تجارب النشاط الإشعاعي الصناعي.


وتعتمد فكرة التعجيل على تغير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين الغرفتين (د 1، د 2) . فعندما يعبر الجسيم الفجوة يكتسب سرعة وطاقة، فإذا تكررت هذه العملية عدة مرات تزداد طاقته تدريجياً حتى تصل طاقته إلى أقصاها في نهاية مسارة فيوجه نحو الهدف لإحداث التفاعل النووي.
شرح نظرية عمله:
1 ـ عند تشغيل فرق الجهد العالي المتردد يعمل على تغيير اتجاه المجال الكهربي في الفجوة بين الغرفتين كل نصف دورة من دورات التيار. وعندما يكون جهد (د 1) سالباً وجهد (د 2) موجباً، يتحرك الجسيم الموجب من منتصف الفجوة (م) إلى (د 1) بتأثير المجال الكهربي الموجود في المسافة بين الغرفتين بقوة قدرها س ح، فيكتسب الجسيم طاقة تعمل على زيادة سرعته الخطية (ع) فيدخل الغرفة (د 1) .
2 ـ نظراً لأن الغرفة (د 1) مجوفة فإن شدة المجال الكهربي بداخلها = صفر فلا يؤثر على الجسيم داخل الغرفة سوى المجال المغناطيسي بقوة (س م ع) . تعمل القوة المغناطيسية على تحريك الجسيم داخل الغرفة (د 1) في مسار دائري لتقطع نصف دورة في نصف الزمن الدوري للتيار المتردّد.
3 ـ في اللحظة التي يُتم الجسيم نصف دورة يتبدل الجهد بين الغرفتين، أي يتبدل اتجاه المجال الكهربي، فتصبح (د 1) موجبة و(د 2) سالبة. فيندفع الجسيم نحو (د 2) فيتم تعجيله أثناء عبوره الفجوة بواسطة المجل الكهربي مرة ثانية. ونتيجة لذلك يكتسب الجسيم عجلة وتزداد سرعته الخطية.
4 ـ يدخل الجسيم الغرفة (د 2) بسرعة أكبر ويتحرك في مسار دائري ذي نصف قطر أكبر ويقطعه في نصف الزمن الدوري للتيار المتردد.
5 ـ وهكذا يتكرر ما سبق ويكتسب الجسيم مزيداً من الطاقة في كل لحظة يعبر فيها الفجوة. وتتزايد تبعاً لذلك سرعته الخطية (ع) ونصف قطر مساره الدائري فيدور في مسار حلزوني حتى يصبح نصف قطر مساره الدائري مساوياً لنصف قطر الغرفة وتصل طاقته إلى أقصاها. فيخرج الجسيم في نهاية مساره من الفتحة المخصصة لذلك فيمر بالقرب من اللوح الحارف فيوجه بواسطة اللوح الحارف نحو الهدف.
ملاحظة:
أ ـ السيكلوترون لا يعجل النيوترونات لأنها متعادلة كهربياً، أي غير مشحونة، وبذلك لا تتأثّر بالمجال الكهربي وهو الذي يقوم بعملية التعجيل. كما أنه لا يعجل الإلكترونات بسبب الزيادة النسبية الكبيرة في كتلة الإلكترونات عند اكتسابها للطاقة، وبذلك لا يستطيع الإلكترون أن يقطع القوس الدائري داخل الغرفتين في نصف زمن ذبذبة التيار فلا يمكن تعجيله لأن التيار يغيّر اتجاهه قبل وصول الإلكترون إلى الفجوة.
ب ـ يعمل على تعجيل الإلكترونات مما يكسبها طاقة إضافية في كل دورة كما يعمل على أن تتحرك في مسار دائري ذي نصف قطر ثابت.
أقصى سرعة للأيون المعجّل بواسطة السيكلوترون.
أقصى سرعة (ع) قصوى = م. س. س/ك
نبذة تاريخية
 كان للفيزيائي جون كوكروفت من بريطانيا وأرنست والتن من أيرلندا قصب السبق في تفتيت نواة الذرة بالجسيمات المعجلة. وقد سرّع معجلهما البروتونات إلى طاقة 500 ألف إلكترون فولت. وبمرور السنين قام علماء من أوروبا وأمريكا بتطوير معجلات قادرة على توليد طاقات كبيرة. وفى عام 1967م، بنى فيزيائيون من الاتحاد السوفييتي (سابقًا) معجِّل بروتونات تزامنيًا طاقته 76 بليون إلكترون فولت في سيربخوف. وفي عام 1972م، عجَّل فيزيائيون أمريكيون البروتونات إلى طاقة قدرها 400 بليون إلكترون فولت، باستخدام معجل تزامني ضخم. وكان ذلك في معمل فيرمي الوطني للتعجيل في باتافيا في ولاية إلينوي بالولايات المتحدة الأمريكية. وفي عام 1986م، استُخدم معجل تزامني جديد لتعجيل البروتونات إلى طاقة تصل إلى 900 بليون إلكترون فولت.

وفي عام 1987م، سرّع المعجل التزامني الفائق للبروتونات، في المعمل الأوروبي لفيزياء الجسيمات (سيرن) بالقرب من جنيف، بسويسرا، نويات الأكسجين إلى مايزيد عن ثلاثة تريليون إلكترون فولت. وقد وصلت سرعة الجسيمات إلى 99,9999% من سرعة الضوء.

وفي عام 1988م، أعلنت حكومة الولايات المتحدة الأمريكية عن خطة لبناء أضخم معجِّل في العالم بالقرب من واكساهاكي بولاية تكساس. وسيبلغ مدى هذا المعجِّل الدائري نحو 85كم ويستخدم المغنطيسات فائقة التوصيل لدفع البروتونات إلى طاقة تقدر بحوالي 40 تريليون إلكترون فولت، غير أن مجلس النواب الأمريكي أصدر قرارًا بإلغاء هذا المشروع، بعد البدء في تنفيذه، في أكتوبر 1993م، بسبب ارتفاع تكلفته التي قُدِّرت بنحو 11 بليون دولار أمريكي.

فيديو يوضح عمل جهاز السيكلترون
لمشاهدة الفيديو معجل الجسيمات - مسرع الجسيمات ، السيكلترون


سجل اعجابك وشارك زملاءك لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى

ليست هناك تعليقات

يتم التشغيل بواسطة Blogger.