close

En synkrotron er en ringformet accelerator og lagerring til frembringelse af ioner med relativistiske hastigheder. I modsætning til synkrocyklotronen arbejder synkrotronen med en fast frekvens og med strålebaner med fast radius. I stedet varieres det styrende magnetfelt synkront med accelerationen. Herved opnås meget betydelige materialebesparelser, idet de magneter, hvis felter bøjer ionerne rundt i de cirkulære baner, kun befinder sig lige omkring strålerøret og ikke behøver at have så stor åbning (apertur). Det bevirker, at man kan bygge maskiner med radier på flere kilometer.

En synkrotron kan ikke bringe ionerne helt fra de laveste energier til deres maksimalenergi, og de må derfor for-accelereres i en injektor. Ved CERN er der opbygget en hel kæde af acceleratorer, hvor protoner, tungere atomkerner (tunge ioner), eller elektroner startes i en lineær accelerator. De føres derfra videre gennem synkrotronerne PS og SPS til elektron-positron-acceleratoren LEP og (fra 2010) til protonacceleratoren Large Hadron Collider (LHC), der erstattede LEP i samme 27 km lange tunnel. LEP producerede verdens højeste energi for elektroner. Rekorden for protoner (1 TeV = 1000 GeV) indehavedes af Tevatronen i USA, indtil LHC ved CERN kom i gang med kollisioner mellem protoner ved energier, der i dag er nået til ca. 6.5 TeV per proton i hver sin retning, dvs. med energier i tyngdepunkts systemet på ca. 13 TeV. Det er verdens højeste energier frembragt af en accelerator.

Synkrotronstråling

Når lette partikler som elektroner føres rundt i en ringformet accelerator med store hastigheder, vil afbøjningen bevirke, at der udsendes elektromagnetisk stråling, den såkaldte synkrotronstråling, hvorved elektronerne taber energi. LEPs maksimalenergi var bestemt af, at man netop kunne tilføre elektronerne så meget energi efter et omløb, som de tabte på vejen rundt i deres bane. Mens synkrotronstrålingen således er en energibegrænsende faktor for partikelfysikerne, er den blevet et vigtigt forskningsværktøj for materialefysikere og biologer.

Den effekt, som ladede partikler i cirkulære baner udstråler, afhænger af hastigheden i 4. potens. Lette partikler opnår meget højere hastigheder ved accelerationen end tungere partikler. På grund af protoner og tungere atomkerners større masse er synkrotronstrålingen derfor meget mindre end for elektroner og man kan bygge meget større anlæg. Til gengæld er det magnetfeltet i de magneter, der skal anvendes til at holde de tungere partikler i cirkulære baner, som sætter grænsen for den opnåelige energi. LHC's dipol- magneter opnår magnetfelter på ca. 8 tesla. CERN har bygget magneter til projektet HighLUmi-LHC, der kan nå 14 tesla. Der arbejdes på at finde nye typer superledere, som kan tillade magnetfelter helt op til 20 tesla. Sådanne højfeltmagneter vil også have vigtige anvendelser inden for medicin, bl.a. til MR-scannere, og mange andre felter.

Læs mere i Lex

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig