Partikelacceleratorer Eksperimentalfysikernes Ultimative Sandkasse

Transkript

1 Partikelacceleratorer Eksperimentalfysikernes Ultimative Sandkasse Niels Bassler Institut for Fysik og Astronomi Aarhus Universitet Partikelacceleratorer p.1/24

2 Standardmodellen H O H 5 mm 5e 3 m mm 3 e 10 m p+ e??? u u u d mm 1 e 10 m mm 1 e 18 m mm 1 e 15 m N. Bassler Partikelacceleratorer p.2/24

3 Oversigt Acceleratorer Van de Graaf LINAC Cyclotron Betatron Synchrotron Anvendelsesområder Rundvisning Partikelacceleratorer p.3/24

4 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Partikelacceleratorer p.4/24

5 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Elektroner (e ) fra filamenter. Partikelacceleratorer p.4/24

6 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Elektroner (e ) fra filamenter. Protoner (p) fra ioniseret brint. Partikelacceleratorer p.4/24

7 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Elektroner (e ) fra filamenter. Protoner (p) fra ioniseret brint. Anti-protoner (p) fra pp reaktioner. Partikelacceleratorer p.4/24

8 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Elektroner (e ) fra filamenter. Protoner (p) fra ioniseret brint. Anti-protoner (p) fra pp reaktioner. Positroner (e + ) fra γ e e +. Partikelacceleratorer p.4/24

9 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Elektroner (e ) fra filamenter. Protoner (p) fra ioniseret brint. Anti-protoner (p) fra pp reaktioner. Positroner (e + ) fra γ e e +. Nukleoner (He ++, Xe 15+, U 91+ ) fra ioniserede atomer. Partikelacceleratorer p.4/24

10 Hvad Accelereres? Ladede partikler: Elektroner (e ) fra filamenter. Protoner (p) fra ioniseret brint. Anti-protoner (p) fra pp reaktioner. Positroner (e + ) fra γ e e +. Nukleoner (He ++, Xe 15+, U 91+ ) fra ioniserede atomer. Andet (K, π, ν, µ) Partikelacceleratorer p.4/24

11 Hvordan Accelereres? Sker altid i et elektrisk felt (Potentialeforskel). Partikelacceleratorer p.5/24

12 Hvordan Accelereres? Sker altid i et elektrisk felt (Potentialeforskel). Kan realiseres på mange fantasifulde måder, som vi skal se på om lidt... Partikelacceleratorer p.5/24

13 Hvordan Accelereres? Sker altid i et elektrisk felt (Potentialeforskel). Kan realiseres på mange fantasifulde måder, som vi skal se på om lidt... Energier måles i elektronvolt ev. Partikelacceleratorer p.5/24

14 Hvordan Accelereres? Sker altid i et elektrisk felt (Potentialeforskel). Kan realiseres på mange fantasifulde måder, som vi skal se på om lidt... Energier måles i elektronvolt ev. 1 ev = J. Partikelacceleratorer p.5/24

15 Van de Graaf Princippet Partikelacceleratorer p.6/24

16 Van de Graaf Princippet Partikelacceleratorer p.7/24

17 H + (proton) Ionkilde Partikelacceleratorer p.8/24

18 LINAC Princippet Med et vekselstrømssystem kan spændingsforskellen udnyttes flere gange... Partikelacceleratorer p.9/24

19 RF-Kaviteter... men i praksis er radiofrekvens-kaviteter meget smartere. Partikelacceleratorer p.10/24

20 LINAC Partikelacceleratorer p.11/24

21 LINAC (Argonne, USA) Partikelacceleratorer p.12/24

22 Cyclotron Princippet Partikelacceleratorer p.13/24

23 Cyclotron (Uppsala, SE) Partikelacceleratorer p.14/24

24 Betatron Princippet Partikelacceleratorer p.15/24

25 Betatron Partikelacceleratorer p.16/24

26 Synchrotron Partikelacceleratorer p.17/24

27 CERN Partikelacceleratorer p.18/24

28 CERN, LEP Partikelacceleratorer p.19/24

29 Anvendelsesområder Fysik: Test af fysiske modeller (Atom-, Kerne-, Partikelfysik). Bestemmelse af energiniveauer i halvledere (doping). Massespektroskopi Medicin: Diagnostik med intense Röntgen-pulser Terapi med γ-stråler, e, p, tunge ioner PET Scannere Anti-proton cancerterapi... Partikelacceleratorer p.20/24

30 Anvendelsesmuligeheder Industri: Sterilisering (e ) Ion-implantering Kerneomdannelse, Fusion Miljø: Accelerator Transmutation of Waste (ATW) Giftgas neutralisering Partikelacceleratorer p.21/24

31 Internet CERN (Geneve, Schweitz) Brookhaven (New York, USA) DESY (Hamborg, Tyskland) ISA (Astrid) (Aarhus, Danmark) Partikelacceleratorer p.22/24

32 Klystroner Partikelacceleratorer p.23/24

33 Klystroner Partikelacceleratorer p.24/24