Máy gia tốc tuyến tính là gì?

Máy gia tốc tuyến tính là một thiết bị tăng tốc vật chất đến vận tốc cao bằng cách di chuyển nó xuống một đường tuyến tính với các trường điện từ.Thuật ngữ này được sử dụng phổ biến nhất để đề cập đến máy gia tốc hạt tuyến tính, hoặc Linac, tăng tốc các nguyên tử hoặc các hạt hạ nguyên tử.Máy gia tốc tuyến tính cũng có thể đề cập đến các thiết bị sử dụng điện từ để đẩy các vật thể lớn hơn, chẳng hạn như cuộn dây và đường sắt.Máy gia tốc hạt tuyến tính thường được sử dụng trong y học, ngành công nghiệp và các thí nghiệm khoa học và máy gia tốc điện từ cho các vật thể lớn hơn có thể có các ứng dụng trong tương lai cho các mục đích như du hành không gian và vũ khí.Đây có thể là toàn bộ nguyên tử được tích điện, được gọi là các ion hoặc các hạt hạ nguyên tử như proton và electron.Đầu tiên, hạt được tăng tốc được tạo ra bởi một thiết bị điện từ như nguồn catốt hoặc ion và được giải phóng vào buồng chân không hình ống được lót bằng các điện cực.Các điện cực sau đó được cung cấp năng lượng để tạo ra từ trường dao động truyền năng lượng cho hạt và tăng tốc nó xuống ống về phía mục tiêu thiết bị.Sự sắp xếp chính xác của các điện cực trong ống, công suất và tần số của năng lượng được gửi vào các điện cực và kích thước của các điện cực thay đổi tùy theo các hạt được tăng tốc và mục đích của thiết bị.Một ví dụ đơn giản và rất phổ biến là ống tia catốt, thường được sử dụng trong tivi, màn hình và các công nghệ hiển thị khác.Ống tia cực âm đẩy các electron xuống ống cho đến khi chúng tấn công một mục tiêu rắn ở đầu ống làm từ vật liệu phát quang gọi là phốt pho, thường là các hợp chất sunfua kim loại.Điều này làm cho một phần năng lượng của các electron được giải phóng dưới dạng phát xạ năng lượng điện từ trong các bước sóng mà mắt người phát hiện là ánh sáng nhìn thấy được.Các máy tia X được sử dụng trong nghiên cứu y học và sinh học tuân theo một nguyên tắc tương tự, bắn các luồng electron vào đồng, molypden hoặc vonfram để tạo ra khí thải tia X có thể được sử dụng để chụp ảnh hoặc, với các thiết bị mạnh hơn, xạ trị.Máy gia tốc hạt cũng được sử dụng trong nghiên cứu khoa học.Các thiết bị nhỏ thường được sử dụng để chụp ảnh trong nghiên cứu sinh học và khảo cổ học.Máy gia tốc tuyến tính được sử dụng cho nghiên cứu khác nhau rất nhiều về kích thước và có thể đạt đến kích thước thực sự khổng lồ do mức năng lượng cực cao cần thiết để tạo ra một số hiện tượng được nghiên cứu trong vật lý hiện đại.Máy gia tốc hạt tuyến tính lớn nhất trên Trái đất, nằm ở phòng thí nghiệm gia tốc quốc gia SLAC (Trung tâm gia tốc tuyến tính Stanford) ở Menlo Park, California, dài hai dặm. Chúng cũng được sử dụng trong một số quy trình công nghiệp.Một số chip silicon được sử dụng trong các thiết bị điện tử hiện đại được sản xuất trong một quá trình kết hợp các máy gia tốc đẩy toàn bộ các nguyên tử tích điện thay vì các hạt hạ nguyên tử, cho phép đặt các nguyên tử rất chính xác trong quá trình sản xuất.Máy gia tốc cũng có thể được sử dụng để cấy các ion trên bề mặt vật liệu như thép, thay đổi cấu trúc của vật liệu để làm cho nó chống lại các vết nứt hóa học.Các đối tượng theo cách tương tự, sử dụng điện từ để tăng tốc một viên đạn dọc theo một con đường thẳng.Những công việc này bằng cách chạy điện thông qua một cuộn dây kim loại quấn quanh nòng súng của thiết bị, một thiết kế gọi là cuộn dây, trình điều khiển đại chúng hoặc súng Gauss hoặc qua một cặp đường ray kim loại được đặt song song với nhau, được gọi là Railgun.Một vật được làm bằng vật liệu sắt từ, chẳng hạn như sắt, có thể được tăng tốc xuống nòng súng của thiết bị với các từ trường được sản xuất bởi các dòng điện được định thời gian đúng cách.Cuộn dây đã được đề xuất như một cách có thể để phóng hàng hóa từ bề mặt Trái đất vào không gian bên ngoài, và cả cuộn dây và đường sắtđang được nghiên cứu là vũ khí có thể.