Partikelacceleratorer: egenskaber og funktion Søren Pape Møller
Indhold Partikelaccelerator maskine til atomare partikler med høje hastigheder/energier Selve accelerationen, forøgelse i hastighed, kommer fra høje elektriske (AC/DC) felter Ofte under brug af magnetisk afbøjning Typer af acceleratorer, i størrelser fra < m til km << Jeg vil beskrive nogle af de vigtigste tekniske komponenter, men mange andre vakuum, diagnostik mv. kan jeg ikke nævne Nogle tekniske begrænsninger, muligheder og udfordringer
Allerførst: Crash Course i acceleratorer F q( E v B) Lorentzkraften B p q ladning E / B elektrisk/magnetisk felt afbøjnings radius v / p hastighed/impuls
De første (elektrostatiske) acceleratorer En af Rutherfords medarbejdere, Ernest Walton, arbejder inde i 400 kv Acceleratoren (~1930)
Højspændingsaccelerator (750 000 Volt)
Afbøjning med elektromagnet Resistiv magnet Permanent magnet
Højspændings-acceleratorer 200 kv højstrøms ion implanter. Den nye 1 MV HV Tandetron AMS accelerator ved AU til datering.
Wideröe Linac / AC Vakuum glas cylinder + 0 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + Ion kilde
Lineære RF acceleratorer RF in (3 GHz)
Alm. Strålekanoner
Cyklotronen, en cirkulær RF accelerator 250 MeV p Cancer terapi cyklotron ~200 T
Synkrotronen
LHC på CERN Synkrotron 27 km omkreds 50 m dybde p energi på 7 TeV Dipol mag: 1232 Magnetfelt: 8.3T Superledende ~3 mia.
LHC in tunnel
Partikel detektor ved LHC Person
Hvorfor bygge LHC? Jeg tror jeg har fundet en Higgs partikel!
Synkrotronstråling Maxwell ligninger: Accelererede ladede partikler (elektroner) udsender elektromagnetisk stråling
Intensitet ASTRID2 og synkrotronstråling 100000 Bølgelængde (nm) 1000 10 0.1 Synkrotronstråling fra ASTRID c Sollys Synligt lys 0.01 1 100 10000 Fotonenergi (ev)
ASTRID2 Den ultimative lyskilde (UV og blød Røntgen) ASTRID2 ASTRID 10m
ASTRID2 105 MHz Cu cavity 580 MeV elektroner 105 MHz (h=16)
intensitet Eksperiment med synkrotronstråling lagerring gitter elektron analysator Bruges især til analyse monokromator prøve prøve bindingsenergi (ev)
Se, han har fået sidste nye model!
Endnu højere intensiteter: fra Synkrotroner til Free-Electron Lasers spontan stimuleret
Free-Electron Lasers XFEL i Hamburg 3.4 km 1.3 GHz 10-20 GeV ~1 G
ESS i LUND neutron kilde ~500 m lang 2 GeV protoner 5 MW beam Neutroner til studier af materialer ~2 mia. (1/3 fra S, 1/8 fra DK)
De højeste felter RF acceleratorer: <100 MV/m Laser plasma accelerator > 100 GV/m potentielt meget højere felter!
Plasma accelerator
Plasma accelerator Highest field ever!! 42 GeV in 84 cm!! Nature 445, 741 (2007)
Nye muligheder og udfordringer Muligheder: Lasere -> Plasma/Wake-field acceleratorer Måske ikke kun til forskningsacceleratorer, måske også til kompakte acceleratorer! Udfordringer: Reproducerbarhed. Høje intensiteter. Effektivitet. Meget mangler endnu for laser-acceleratorer!
Hvad er næste anvendelse?