Làm thế nào để một máy gia tốc hạt hoạt động?

Máy gia tốc hạt là một thiết bị vật lý sử dụng các điện trường để tăng tốc các hạt tích điện lên tốc độ to lớn, đôi khi các phân số đáng kể của tốc độ ánh sáng.Các hạt phổ biến có thể được tìm thấy trong các máy gia tốc hạt bao gồm các proton và electron, các khối xây dựng của nguyên tử.tạo ra một loại bức xạ điện từ cụ thể.Máy gia tốc hạt thường được sử dụng để đập vỡ các hạt với nhau ở tốc độ rất cao, cho thấy các thành phần cơ bản hơn của chúng.Bộ tạo tia X và bộ truyền hình đều là những ví dụ phổ biến về máy gia tốc hạt, với thiết kế cơ bản giống như những người anh em lớn hơn của họ được sử dụng trong các thí nghiệm vật lý năng lượng cao.Một máy gia tốc hạt rơi vào một trong hai loại: hình tròn hoặc tuyến tính.

Trong một máy gia tốc hạt tròn, các hạt được tăng tốc theo đường tròn liên tục.Ưu điểm của sự sắp xếp này là hạt có thể được định hướng trong một vòng tròn nhiều lần, tiết kiệm phần cứng.Nhược điểm là các hạt trong máy gia tốc tròn phát ra bức xạ điện từ, được gọi là bức xạ synchrotron.Bởi vì động lực của họ liên tục khuyến khích họ bay ra trên một quỹ đạo tiếp tuyến với vòng tròn, năng lượng phải liên tục được sử dụng để giữ chúng trên đường tròn, có nghĩa là các máy gia tốc hạt tròn kém hiệu quả.Trong các máy gia tốc lớn, bức xạ synchrotron mãnh liệt đến mức toàn bộ máy gia tốc phải được chôn dưới lòng đất để duy trì các tiêu chuẩn an toàn.Máy gia tốc hạt Fermilab ở Illinois có đường tròn 4 dặm (6,43 km).Ống tia catốt trong tivi của bạn là một máy gia tốc hạt năng lượng thấp, kích hoạt các photon trong phạm vi ánh sáng nhìn thấy ở một tấm kính, màn hình.Luồng các photon liên tục được chuyển hướng để lấp đầy màn hình bằng pixel.Chuyển hướng này xảy ra đủ nhanh để chúng ta cảm nhận dòng photon xen kẽ như một hình ảnh liên tục. Các máy gia tốc tuyến tính năng lượng cao, hoặc

Linacs , được sử dụng trong các ứng dụng vật lý.Một loạt các tấm thay thế thu hút và đẩy lùi các hạt tích điện di chuyển qua chúng, kéo các hạt về phía trước khi chúng chưa vượt qua nó, và đẩy chúng ra sau khi chúng có.Theo cách này, các điện trường xen kẽ có thể được sử dụng để tăng tốc các dòng hạt lên vận tốc và năng lượng rất cao.Các nhà vật lý sử dụng các máy gia tốc này để mô phỏng các điều kiện kỳ lạ, chẳng hạn như những người ở trung tâm của các ngôi sao hoặc gần đầu vũ trụ.Sở thú hạt được mô tả bởi mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt đã được phát hiện tăng dần trong các thí nghiệm gia tốc hạt.Máy gia tốc hạt tuyến tính lớn nhất là máy gia tốc tuyến tính Stanford với chiều dài 2 dặm (3,2 km).