Τι είναι ένας γραμμικός επιταχυντής;

Ένας γραμμικός επιταχυντής είναι μια συσκευή που επιταχύνει την ύλη σε υψηλή ταχύτητα μετακινώντας την κάτω από μια γραμμική διαδρομή με ηλεκτρομαγνητικά πεδία.Ο όρος χρησιμοποιείται συχνότερα για να αναφέρεται σε ένα γραμμικό επιταχυντή σωματιδίων ή Linac, το οποίο επιταχύνει τα άτομα ή τα υποατομικά σωματίδια."Ο γραμμικός επιταχυντής μπορεί επίσης να αναφέρεται σε συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητισμό για να προωθήσουν μεγαλύτερα αντικείμενα, όπως Coilguns και Railguns.Οι επιταχυντές γραμμικών σωματιδίων χρησιμοποιούνται συνήθως σε ιατρικά, βιομηχανία και επιστημονικά πειράματα και οι ηλεκτρομαγνητικοί επιταχυντές για μεγαλύτερα αντικείμενα μπορεί να έχουν μελλοντικές εφαρμογές για σκοπούς όπως διαστημικά ταξίδια και όπλα.Αυτά μπορεί να είναι ολόκληρα φορτισμένα άτομα, που ονομάζονται ιόντα ή υποατομικά σωματίδια όπως πρωτόνια και ηλεκτρόνια.Πρώτον, το σωματίδιο που πρόκειται να επιταχυνθεί παράγεται από μια ηλεκτρομαγνητική συσκευή, όπως μια κάθοδο ή μια πηγή ιόντων και απελευθερώνεται σε θάλαμο κενού σε σχήμα σωλήνα με επένδυση με ηλεκτρόδια.Τα ηλεκτρόδια στη συνέχεια ενεργοποιούνται για να δημιουργήσουν ταλαντευόμενα μαγνητικά πεδία που προσδίδουν ενέργεια στο σωματίδιο και επιταχύνουν το κάτω από το σωλήνα προς το στόχο των συσκευών.Η ακριβής διάταξη των ηλεκτροδίων εντός του σωλήνα, η ισχύς και η συχνότητα της ενέργειας που αποστέλλονται στα ηλεκτρόδια και το μέγεθος των ηλεκτροδίων ποικίλλουν ανάλογα με τα σωματίδια που επιταχύνονται και ο σκοπός της συσκευής.

Ένα απλό και πολύ συνηθισμένο παράδειγμα είναι ο σωλήνας ακτίνων καθόδου, που χρησιμοποιείται συνήθως σε τηλεοράσεις, οθόνες και άλλες τεχνολογίες προβολής.Ο σωλήνας ακτίνων καθόδου ωθεί τα ηλεκτρόνια κάτω από το σωλήνα μέχρι να χτυπήσουν ένα στερεό στόχο στο άκρο των σωλήνων από φωτεινά υλικά που ονομάζονται φωσφόρια, τα οποία είναι συνήθως μεταλλικές θειούχοι ενώσεις.Αυτό προκαλεί την απελευθέρωση μέρους της ενέργειας των ηλεκτρονίων ως εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στα μήκη κύματος που ανιχνεύει το ανθρώπινο μάτι ως ορατό φως.Οι μηχανές ακτίνων Χ που χρησιμοποιούνται στην ιατρική και η βιολογική έρευνα ακολουθούν μια παρόμοια αρχή, τα ρεύματα πυροδότησης των ηλεκτρονίων σε χαλκό, μολυβδαίνιο ή βολφράμιο για την παραγωγή εκπομπών ακτίνων Χ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για απεικόνιση ή, με πιο ισχυρές συσκευές, ακτινοθεραπεία.Οι επιταχυντές σωματιδίων χρησιμοποιούνται επίσης στην επιστημονική έρευνα.Μικρές συσκευές χρησιμοποιούνται συχνά για απεικόνιση σε βιολογική και αρχαιολογική έρευνα.Οι γραμμικοί επιταχυντές που χρησιμοποιούνται για την έρευνα ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό σε μέγεθος και μπορούν να φτάσουν πραγματικά κολοσσιαίες διαστάσεις λόγω των εξαιρετικά υψηλών επιπέδων ενέργειας που απαιτούνται για την παραγωγή ορισμένων από τα φαινόμενα που μελετήθηκαν στη σύγχρονη φυσική.Ο μεγαλύτερος επιταχυντής γραμμικού σωματιδίου στη Γη, που βρίσκεται στο Εθνικό Εργαστήριο επιταχυντών SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) στο Menlo Park της Καλιφόρνια, έχει μήκος δύο μιλίων.Ορισμένα τσιπ πυρίτιο που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα ηλεκτρονικά κατασκευάζονται σε μια διαδικασία που ενσωματώνει επιταχυντές που προωθούν ολόκληρα φορτισμένα άτομα αντί για υποατομικά σωματίδια, επιτρέποντας πολύ ακριβή τοποθέτηση ατόμων κατά τη διάρκεια της παραγωγής.Οι επιταχυντές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εμφύτευση ιόντων στην επιφάνεια των υλικών όπως ο χάλυβας, μεταβάλλοντας τη δομή του υλικού για να γίνει πιο ανθεκτικό στις ρωγμές χημική διάβρωση.

Ο όρος "γραμμικός επιταχυντής" χρησιμοποιείται επίσης μερικές φορές για συσκευές που προωθούν μεγαλύτεραΑντικείμενα με παρόμοιο τρόπο, χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητισμό για να επιταχύνει ένα βλήμα κατά μήκος μιας ευθείας διαδρομής.Αυτά λειτουργούν με την εκτέλεση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω είτε ενός μεταλλικού πηνίου τυλιγμένου γύρω από το βαρέλι της συσκευής, ένα σχέδιο που ονομάζεται Coilgun, Mass Driver ή Gauss Gun, είτε μέσω ενός ζευγαριού μεταλλικών ράγων τοποθετημένων παράλληλα μεταξύ τους, που ονομάζεται σιδηροδρομικό.Ένα αντικείμενο από σιδηρομαγνητικό υλικό, όπως ο σίδηρος, μπορεί να επιταχυνθεί κάτω από το βαρέλι της συσκευής με τα μαγνητικά πεδία που παράγονται από σωστά χρονομετρημένα ηλεκτρικά ρεύματα.Τα Coilguns έχουν προταθεί ως ένας πιθανός τρόπος για να ξεκινήσουν τα φορτία από την επιφάνεια της γης στον εξωτερικό χώρο, και τα δύο coilguns και railgunsερευνούνται ως πιθανά όπλα.