Schemat ośrodka synchrotronowego SOLEIL (Francja)

Synchrotron – szczególny typ akceleratora cyklicznego , w którym cząstki są przyspieszane w polu elektrycznym wzbudzanym w szczelinach rezonatorów synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w każdym cyklotronie (akceleratorze cyklicznym) przyspieszane cząstki krążą w polu magnetycznym . W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek.

W synchrotronie można uzyskać energię elektronów do 23 GeV , protonów zaś do 1 TeV. Synchrotronową metodę przyspieszania cząstek podali niezależnie w 1944 r. W. I. Weksler i w 1945 E. M. McMillan .

Pierwsze synchrotrony były rozwinięciem koncepcji betatronu , jako akceleratora przyspieszającego cząstki wzrastającym polem magnetycznym. W komorze akceleratora umieszczono dodatkowo elektrody przyspieszające polem elektrycznym. Elektrody były zasilane napięciem przemiennym wielkiej częstotliwości o częstotliwości synchronicznej z czasem obiegu przyspieszanych cząstek.

Przyspieszane cząstki krążą w komorze próżniowej w kształcie pierścienia, po okręgu o stałym promieniu. Rozwiązanie takie umożliwia zmniejszenie wielkości elektromagnesu potrzebnego do zakrzywiania toru cząstek, zwiększenie pola magnetycznego zakrzywiającego tor ruchu oraz zwiększenie promienia toru przyspieszanych cząstek.

W synchrotronach, w których przyspieszane cząstki wykonują setki tysięcy obiegów, zachodzi konieczność nadawanie rozpędzanym cząstkom odpowiedniego toru. Gdyby nie podejmowano działań w tym kierunku, jedynie niewielka część z początkowej liczby cząstek dotarłaby do celu. W tym celu kształtuje się odpowiednio pole magnetyczne, początkowo (obecnie tylko w małych akceleratorach) stosowano specjalne ukształtowanie pola zakrzywiającego tor ruchu cząstek i w związku z tym wprowadzono podział akceleratorów na: akceleratory bez gradientu pola, ze stałym gradientem pola , zmiennym gradientem pola .

Obecnie w dużych akceleratorach stosuje się technikę polegającą na rozdzieleniu elementów kształtujących wiązkę i zakrzywiających wiązkę. Między sekcjami zakrzywiającymi tor ruchu, instaluje się sekcje ogniskujące wiązkę oparte zazwyczaj na kwadrupolach.

Duże synchrotrony

Tevatron w Fermilab (duże okręgi to synchrotrony)

Obecnie największym działającym akceleratorem na świecie jest Tevatron w Fermi National Accelerator Laboratory ( Fermilab ), w USA . Przyspiesza on protony i antyprotony do energii ponad 1  TeV (stąd jego nazwa) w celu zderzenia ich. Jego synchrotron ma średnicę 6,3 km.

Największy na świecie zderzacz cząstek Large Hadron Collider (LHC) jest umiejscowiony w Europejskim Laboratorium Wysokich Energii ( CERN ). Zderzacz zawiera synchrotron w tunelu o długości 27 km, w którym wcześniej był zainstalowany zderzacz elektronów z antyelektronami Large Electron Positron ( LEP ). LHC przyspieszać będzie protony do energii rzędu kilku TeV i zderzać je. Niektóre jony będą przyśpieszane do energii około 1150 TeV.

Zobacz też

• synchrotron elektronowy
• synchrotron protonowy
• promieniowanie synchrotronowe
• Polskie Towarzystwo Promieniowania Synchrotronowego