Ubrzivači čestica

Ubrzivači česticaUbrzivači čestica

PovijestPovijest

Početak razvoja datira s kraja dvadesetih godina Početak razvoja datira s kraja dvadesetih godina prošlog stoljeća.prošlog stoljeća.Primjena velike razlike potencijala nad Primjena velike razlike potencijala nad vakuumskim cijevima (Breit, Tuve, Lauritsen, vakuumskim cijevima (Breit, Tuve, Lauritsen, Van de Graff)Van de Graff)Prva nuklearna reakcija primjenom ubrzanih Prva nuklearna reakcija primjenom ubrzanih protona dogodila se 1930. Cockcroft and Walton protona dogodila se 1930. Cockcroft and Walton na Cavendish Laboratory. Protoni ubrzani do na Cavendish Laboratory. Protoni ubrzani do 300keV u reakciji Li300keV u reakciji Li77(p,2(p,2))Problemi visokonaponskih akceleratora: na višim Problemi visokonaponskih akceleratora: na višim energijama dolazi do izbijanju aparatureenergijama dolazi do izbijanju aparatureRješenje u kaskadnim akceleratorimaRješenje u kaskadnim akceleratorima

Kaskadni akceleratoriKaskadni akceleratori

Wideroe (1928); Lawrence and Sloan Wideroe (1928); Lawrence and Sloan (1930) prvi uređaji koji kaskadno (1930) prvi uređaji koji kaskadno ubrzavaju čestice (protona i lakih jezgri) ubrzavaju čestice (protona i lakih jezgri) primjenom elektromagnetske indukcijeprimjenom elektromagnetske indukcije

Bez značajnije primjeneBez značajnije primjene

Svi su bazirani na primjeni električnog Svi su bazirani na primjeni električnog polja za ubrzavanje česticapolja za ubrzavanje čestica

CiklotronCiklotron

1929 (Lawrence) Princip kaskadnog 1929 (Lawrence) Princip kaskadnog ubrzavanja čestica održavanih u spiralnoj ubrzavanja čestica održavanih u spiralnoj putanji magnetskim poljemputanji magnetskim poljem

Ideja je nezavisno rođena kod nekolicine Ideja je nezavisno rođena kod nekolicine fizičara Thibaud, Lawrence, Szilard ali ju je fizičara Thibaud, Lawrence, Szilard ali ju je ostvario E.O.Lawrence na Berkeleyuostvario E.O.Lawrence na Berkeleyu

OgraničenjaOgraničenja

Dostizanje relativističkih brzina zahtijevaju Dostizanje relativističkih brzina zahtijevaju neke modifikacijeneke modifikacije

Vaksler (1945) McMillan (1946) fazna Vaksler (1945) McMillan (1946) fazna stabilnost – omogućava ubrzavanje stabilnost – omogućava ubrzavanje protona do 7GeVprotona do 7GeV

Christophilos (1950); Courant, Livingston i Christophilos (1950); Courant, Livingston i Snyder (1952) metoda jakog fokusiranja Snyder (1952) metoda jakog fokusiranja omogućava energije od 30GeVomogućava energije od 30GeV

Ubrzavanje elektronaUbrzavanje elektrona

Betatron: Kerst (1940) ubrzava elektrone Betatron: Kerst (1940) ubrzava elektrone do nekoliko MeVdo nekoliko MeV

Kombinacijom tehnika ubrzavanja, Kombinacijom tehnika ubrzavanja, fokusiranje i sinkroniziranja dobivano fokusiranje i sinkroniziranja dobivano sinkrotronsinkrotron

Klasifikacija akceleratoraKlasifikacija akceleratoraTip Tip akceleratoraakceleratora

Čestice koje Čestice koje ubrzavamoubrzavamo

E-električno E-električno poljepolje

H-magnetsko H-magnetsko poljepolje

PutanjaPutanja Karakteristična Karakteristična energija (MeV)energija (MeV)

elektrostatički, elektrostatički, Van de GraffVan de Graff

e, p, d, e, p, d, konstantnokonstantno NemaNema pravocrtnapravocrtna 1212

kaskadni, kaskadni, Cockcroft-Cockcroft-WaltonWalton

e, p, d, e, p, d, KonstantnoKonstantno NemaNema pravocrtnapravocrtna 44

betatronbetatron ee nemanema promjenjivopromjenjivo kružnakružna 300300

ciklotronciklotron p, d, p, d, stalna stalna KonstantnoKonstantno spiralnaspiralna 2525

sinkrociklotronsinkrociklotron pp promjenjiva promjenjiva KonstantnoKonstantno spiralnaspiralna 700700

sinkrotronsinkrotron ee stalna stalna promjenjivopromjenjivo kružnakružna 101033

proton proton sinkrotronsinkrotron

pp promjenjivu promjenjivu promjenjivopromjenjivo kružnakružna 101044

jako jako fokusiranjefokusiranje

pp promjenjivu promjenjivu promjenjivopromjenjivo kružnakružna 3x103x1044

linearni linearni akcelerator, rfakcelerator, rf

p, dp, d ~ ~ McpsMcps nemanema pravocrtnapravocrtna 3030

linearni linearni akceleratorakcelerator

ee ~ ~ McpsMcps

nemanema pravocrtnapravocrtna 101033

teški ioni, Linacteški ioni, Linac CC1212, O, O1616 Au Au ~ ~ McpsMcps nemanema pravocrtnapravocrtna 10 x A od iona10 x A od iona

SShheemmee

Izvori čestica (projektila)Izvori čestica (projektila)

svi akceleratori zahtijevaju izvor iona svi akceleratori zahtijevaju izvor iona (elektrona) za početno ubrzavanje(elektrona) za početno ubrzavanje

egzotične vrste čestica (egzotične vrste čestica () dobivaju se ) dobivaju se na produkcijskim metama pogodnim na produkcijskim metama pogodnim reakcijamareakcijama

vođenje snopa i lančano umrežavanje vođenje snopa i lančano umrežavanje akceleratoraakceleratora

Proizvodnja pozitivnih čestica Proizvodnja pozitivnih čestica (injektor)(injektor)

Van de GraffVan de Graff

TandemTandem

Cockcroft-Waltonov akceleratorCockcroft-Waltonov akcelerator

BetatronBetatron

BetatronskaBetatronskafrekvencijafrekvencija

2

2

0

0

1

1

2

2

2

o

eB R pc

dEds

c dtdp e d

eEdt c R dt

R B

d d BR

dt dtdp e R d B

dt c dte dB dp

Rc dt dtdB d B

dt dt

BetatronsBetatronske ke

oscilacijeoscilacije

2

2

0

1/ 20

1/ 20

1( )

.

( )

(1 )

rz

zr

nz o

o

radial

z

F e E v Bc

dp rmr e B

dt cdp e

r Bdt c

rp mr rA konst

cr

B BR

eB

mc

n

n

��������������������������������������������������������

CiklotronCiklotron

Ciklotronska frekvencijaCiklotronska frekvencija

2T

rt

veB

mc

Fazne oscilacije i stabilnostFazne oscilacije i stabilnost

eB eBc

mc E

Linearni akceleratori (Linac)Linearni akceleratori (Linac)

Moderni akceleratoriModerni akceleratori

Kompozitni Kompozitni akceleratorski sustaviakceleratorski sustavi

Tvornice egzotičnih Tvornice egzotičnih česticačestica

Sinhrotronsko Sinhrotronsko zračenjezračenje

SudarivačiSudarivači

LuminoznostLuminoznost

SLS na PSISLS na PSI

Jlab -- CEBAFJlab -- CEBAF

http://casa.jlab.org/http://casa.jlab.org/

RHIC - AGS machine statusRHIC - AGS machine status RHIC is currently in routine deuteron-gold physics operation, using 56 bunches/ring (since RHIC is currently in routine deuteron-gold physics operation, using 56 bunches/ring (since

Wed Feb 26) deuteron bunch merging (since Fri Feb 28), and rebucketing in both rings Wed Feb 26) deuteron bunch merging (since Fri Feb 28), and rebucketing in both rings (since Fri Mar 7). Peak luminosities for STAR, PHENIX, and BRAHMS are 4.6-5.1x1028 (since Fri Mar 7). Peak luminosities for STAR, PHENIX, and BRAHMS are 4.6-5.1x1028 cm2s-1, 110-130% of the dAu program goal, and typical average luminosities are 1.5-cm2s-1, 110-130% of the dAu program goal, and typical average luminosities are 1.5-2.5x1028 cm2 s-1, 100-150% of the dAu program goal. Since start of physics we have 2.5x1028 cm2 s-1, 100-150% of the dAu program goal. Since start of physics we have had 102 reasonable production stores delivering peak ZDC rates up to 25kHz; these had 102 reasonable production stores delivering peak ZDC rates up to 25kHz; these stores have delivered an integrated luminosity of 12-20 nb-1; RHIC integrated luminosity stores have delivered an integrated luminosity of 12-20 nb-1; RHIC integrated luminosity is averaging about 2.5-3 nb-1/week at beta*=2m locations (PHENIX and STAR). Both is averaging about 2.5-3 nb-1/week at beta*=2m locations (PHENIX and STAR). Both ramps have had consistent ramp efficiencies of over 95% with 56 bunches and routine ramps have had consistent ramp efficiencies of over 95% with 56 bunches and routine rebucketing. Current typical starting bunch intensities at store are 6-7e8 Au ions/bunch rebucketing. Current typical starting bunch intensities at store are 6-7e8 Au ions/bunch and 9-11e10 d/bunch. Good (not typical) injector intensities are now 8-9x108 Au/bunch and 9-11e10 d/bunch. Good (not typical) injector intensities are now 8-9x108 Au/bunch and 9-11x1010 d/bunch at RHIC injection. and 9-11x1010 d/bunch at RHIC injection.

Bro

okha

ven

RH

IC s

tatu

s

CDF FermiLabCDF FermiLab