Parçacık Hızlandırıcıları
Parçacık Hızlandırıcıları, nükleer fizikte, atomların ve bunların içindeki temel parçacıkların nasıl davrandığını araştırmaya yarayan aygıtlardır. Bu aygıtlar önce atomların içindeki çekirdekleri çekip çıkarır, sonra da bu çekirdek parçacıklarını saniyede 250.000 kilometrenin üstünde bir hıza ulaşıncaya kadar hızlandırırlar. Hızla hareket eden parçacıklar, sıradan maddelerin atomlarını radyoaktif atomlara dönüştürmek için kullanılabilir. Atomlardaki yüklü parçacıkları (yani elektron ve protonları) hızlandırmak için elektriksel kuvvetlerden yararlanılır.
Doğrusal hızlandırıcımda çekirdek parçacıkları bir dizi borunun içinden geçirilir ve sonunda bir hedefe çarptırılırlar. Parçacık boruların içinde doğrusal bir hatta yol alırken gittikçe hızlanır. Büyük bir doğrusal hızlandırıcının uzunluğu 3 kilometrenin üstünde olabilir.
Bir başka hızlandırıcı tipi de siklotron dur. Siklotronu 1931’de ABDl i iki fizikçi, Ernest Orlando Lawrence ve M. Stanley Livingston geliştirdiler. Bu aygıtta protonlar halka biçimindeki dev bir mıknatısın içinde dolandırılır. Protonlara her turda iki kez yaklaşık 100.000 voltluk bir gerilim uygulanır; bu gerilim protonları daha da hızlandırır. Siklotronda, hızları ne olursa olsun protonlar her turu aynı süre içinde tamamlarlar.
Protonların havadaki atomlarca yavaşlatılmasını önlemek için siklotrondaki dev mıknatısın içindeki bölümün havası boşaltılmıştır. Çeşitli gazların atomları küçük bir boru yardımıyla aygıtın merkezine gönderilir ve burada bir elektrik arkıyla parçalanıp protonlarının serbest kalması sağlanır.
1940’ta ABD’li fizikçi Donald W. Kerst’in tasarımladığı betatron da bir başka parçacık hızlandırıcısı türüdür. Betatronda değişken bir magnetik alanın yardımıyla elektronlar hızlandırılır.
Senkrotron denen çok daha büyük ve güçlü hızlandırıcılarda da gene bu yöntemler uygulanır. Bu aygıtlarda parçacıklar önce bir doğrusal hızlandırıcıda hızlandırılır, sonra siklotrondakine benzer biçimde hızlandırılmak üzere mıknatıslı bir bölmeye gönderilir ve burada mıknatıs çevresinde binlerce kez dolandırılır. Böylece iki ayrı aşamada hızlandırılan parçacıkların hızı gitgide ışık hızına yaklaşır
ve kütleleri artar. Bu sürece paralel olarak senkrotronun magnetik alan şiddetinin de gittikçe artırılması gerekir. Ama bunun bir sınırı vardır ve bu sınıra ulaşıldığında alan şiddeti daha fazla artırılamaz; bu nedenle de artık yörüngelerinde tutulamayan parçacıklar fırlayıp gider.
Büyük senkrotronlarda parçacıkların hızlandırılmasında kullanılan gerilimin düzeyi 500.000 MeV’nin (MeV: Megavolt, 1 milyon volt) üstüne çıkar; oysa betatronlarda ulaşılabilecek gerilim düzeyi 350 MeV’dir.
