בטבעת היונים באנרגיה נמוכה חלקיקים בעלי מטען חשמלי מואצים באמצעות שדות חשמליים ומגנטיים משתנים. השדות החשמליים הפועלים על החלקיקים גורמים לשינוי גודל המהירותם, והשדות המגנטיים גורמים לשינוי כיוונם. ככל שמהירות החלקיקים גדלה, על השדה המגנטי לגדול בהתאם. השינוי בשדה מתבצע בסנכרון, מכאן מגיע השם סינכוטרון. מטרת השדה החשמלי היא לפצות על האנרגיה "הנאבדת" במהלך האצתם כתוצאה מקרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מהם הנקראת קרינה סינכוטרונית.
בטבעת היונים באנרגיה נמוכה, החלקיקים המואצים נעים בקבוצות. קבוצות אלו מורכבות מהחלקיקים המגיעים אל מאיץ זה מהמאיץ הליניארי -Linac 3, אשר מפצל אותה לארבע קבוצות. כל קבוצה כוללת כ- 2.2x10^8 חלקיקים אשר מואצים. בזמן האצת החלקיקים רמת האנרגיה שלהם עולה מ-4.2 מגה אלקטרון-וולט ל-72 מגה אלקטרון-וולט לפני העברתם ל״תחנת המעבר״ במאיץ PS. כל שתי קבוצות כאלו מואצות תוך 2.5 שניות אל ה- LHC אשר פועל עם 592 קבוצות של חלקיקים. לטבעת היונים באנרגיה נמוכה לוקח כ-10 דקות למלא בשלמותו את ה – LHC במספר החלקיקים לה הוא זקוק.
היסטוריה.
בעבר שימשה מכונה זו כטבעת האנטי-פרוטונים באנרגיה נמוכה (LEAR) ; מתקן שמטרתו להאט ולשמש כתחנת מעבר של אנטי-פרוטונים כדי להעביר אותם בשעת הצורך לניסויים אחרים, אך בשנים האחרונות הומרה מכונה זו לטבעת היונים באנרגיה נמוכה. ריצתו האחרונה של ה-LEAR התקיימה ב – 1996. הרעיון של שימוש המאיץ כטבעת היונים באנרגיה נמוכה הוצע לראשונה בשנת 1993, אך המעבר מהניסוי הקודם למאיץ החדש החל בשנת 2003. הבנייה המחודשת נמשכה מעט יותר משנתיים, עד להסמכתו באוקטובר 2005 ובדיקתו במשך 4 חודשים. בסתיו 2006 הוא הוסמך מחדש לתפעול כחלק ממערך המאיצים במרכז לחקר פיזיקת חלקיקים. החל מנובמבר 2010 טבעת היונים באנרגיה נמוכה החלה בפעולתה המלאה - הספקת יוני העופרת למאיץ החלקיקים הגדול LHC עבור התנגשויות היונים הראשונות שלו.
מערכת בקרת מחזור התא
פעילות התא היא תהליך מורכב המתחלק לשלבים, כאשר כל אחד מהשלבים תלוי גם בשלב שקדם לו. באופן הזה התא מבקר את פעילותו התקינה ומצליח לפעול בהתאם לצורך, כדי לשמור על כל התהליכים החיוניים באורגניזם החי. פעילות בקרת חלוקת התא חיונית בין היתר לתהליכי הרבייה, חידוש רקמות, פעילות מערכת חיסונית, גדילה ומגוון תהליכים אחרים, המשתנים בין האורגניזמים השונים. פגיעה במערכת רגולטיבית זו עלולה לשבש תהליכים פיזיולוגים באורגניזם החי ולמנוע התפתחותו התקינה.
התא מתחלק על פי רצף אירועים מאורגן, הכולל שכפול תוכן התא וחלוקת התא לשני תאים נפרדים. תהליכי שכפול DNA וחלוקת התא מהווים את מחזור התא (Cell Cycle), מכניזם החיוני להתרבות והמשכיות בכל היצורים החיים. ביצורים החד תאיים (כגון: שמרים ו/או חיידקים), כל חלוקה תיצור אורגניזם שלם במלואו. לעומת זאת, ליצירת אורגניזם רב תאי יידרש רצף ארוך ומורכב של חלוקות. כך למשל, בגוף מיוצרים מיליוני תאים, במגוון סוגים, בכל רגע נתון, אשר מהווים חלופה לתאים המתים שמתחלפים. כל זאת, כדי שגוף האדם יוכל להתקיים ולחדש רקמות במהלך החיים. במידה וחלוקות אלה ייעצרו (למשל: כתוצאה מחשיפה ממושכת לקרינת רנטגן נרחבת), גוף האדם יקרוס תוך ימים ספורים.
מערכת ארגון ובקרה של מחזור התא השתמרה לאורך אבולוציה של מיליוני שנים, נחקרה במגוון מחקרים ונבדקה על טווח רחב של מערכות, החל משמרים ועד לתאי יונקים. כל אלו תרמו להבנה כי מדובר במערכת אשר אחידה בכל התאים האיקריוטים. מחזור התא הוא תהליך מגוון, המשתנה בהתאם לסוג האורגניזם ובהתאם לשלב הספציפי בו מצוי האורגניזם בחייו. יחד עם זאת, האורגניזציה הבסיסית של מחזור התא אוניברסלית בכל התאים האיקריוטים, היות שבכולם ניתן להבחין במנגנון ובמכניזם בקרה זהים, האחראים לוויסות שלבי מחזור התא. אורגניזציה זו, בסיסית ככל שתהיה, היא הכרחית לקיום הפונקציה החיונית ביותר של התא – העברת האינפורמציה הגנטית המצויה בתא לדורות הבאים. כדי לייצר שני תאי בת (Daughter Cells), בעלי תוכן גנטי זהה, ה-DNA המצוי בכל כרומוזום חייב ראשית לשעתק (Replicate) את עצמו לשני עותקים מלאים. לאחר מכן, כרומוזומים אשר עברו שעתוק (Replication) צריכים לעבור חלוקה (Segregation) מדויקת לשני תאים, כך שכל תא יקבל עותק אחיד ושלם מכל גנום.
תאים איקריוטים סיגלו לעצמם לאורך האבולוציה, מערכת שלמה המורכבת מקומפלקס חלבוני רגולציה (Regulatory Proteins), הידועה כמערכת בקרת מחזור התא (Cell Cycle Control System), מערכת האחראית על ניהול מחזור התא התקין. ליבת המערכת מושתתת על סדרות מאורגנות של תפניות ביוכימיות (Switches), המעוררות אקטיבציה של השלבים המרכזיים במחזור התא, לרבות שכפול כרומוזומים וחלוקת התא. במרבית התאים, מערכת הבקרה מכילה רגולציות נוספות באמצעות אותות (סיגנלים), הן מתוך התא והן מחוצה לו. בתוך התא מערכת הבקרה מנטרת את ההתקדמות דרך מחזור התא עצמו, ובמידת הצורך מעכבת את השלב הבא עד שהשלב שקדם לו הושלם באופן מלא ומדויק. כך למשל, מערכת הבקרה לא תאפשר הכנות לשלב חלוקת התא אלא רק לאחר ששלב השכפול הושלם. המערכת אחראית גם לניטור התנאים שמחוץ לתא, כך למשל בבע"ח (יצורים רב תאיים) קיימת מערכת אותות (המגיעים מתאים אחרים ויוצרים גירוי) אשר במידת הצורך, ממריצים חלוקת תאים ו/או מעכבים יצירת תאים (באמצעות חסימת האותות).
מכאן שמערכת בקרת מחזור התא בעלת תפקיד מרכזי ברגולציה של כמות התאים הנתונה ברקמות הגוף. בעת פגיעה במערכת זו, ייתכן ייצור עודף של תאים, שיתבטא למשל במחלת הסרטן.
בנוסף לשכפול הגנום, מרבית התאים משכפלים גם את תוכנם (אברונים ומקרומולקולות), כדי למנוע הקטנת תאי הבת במעבר מחלוקה לחלוקה. כלומר, כדי לשמר את גודל התא, קיימת קואורדינציה בין חלוקת התא למסת התא הגדל.
בקרה בתאים איקריוטים.
הפונקציה הבסיסית ביותר במחזור התא היא שכפול מדויק של כמות DNA בכרומוזומים וחלוקה של התא.
תהליכים אלו מגדירים את שתי הפאזות העיקריות במחזור התא:
בסוף S phase מולקולות ה-DNA מתחברות למבנה הקרוי זוג כרומטידות אחיות (Sister chromatids), עד לפירוק מעטפת הגרעין (בשלב המיטוזה). כאשר מתנתקת מעטפת הגרעין (בהמשך שלב המיטוזה), זוג כרומטידות אחיות מתחברות לכישור המיטוטי (Spindle apparatus) ונמשכות לקטבים מנוגדים של הכישור, עד למבנה בו כל הכרומטידות האחיות ממוקמות במרכז הכישור (בשלב המטא-פאזה). לאחר מכן מתרחש פירוק החיבור (Cohesion) בין כל זוג כרומטידות אחיות (בתחילת שלב האנא-פאזה). כל כרומטידה נמשכת לקוטב הנגדי והכרומוזומים נארזים חזרה למעטפת הגרעין (בשלב הטלו-פאזה). תהליך הציטוקינזה (Cytokinesis) מסיים את החלוקה באמצעות חציית התא לשני תאי בת נפרדים.
מרבית התאים דורשים יותר זמן לצורך גדילה והכפלת מסת החלבונים והאברונים בתא, מהזמן הדרוש לצורך שכפול כרומוזומים וחלוקת התא.
כדי להקנות את הזמן הדרוש לגדילה, שלב ה- S מופרד משלב ה- M באמצעות Gap phase:
מכאן שמחזור התא האיקריוטי מתחלק סה"כ ל-4 פאזות: G1, S, G2, M.
שלושת השלבים הראשונים מאוחדים לשלב האינטרפאזה (Interphase), המשתרע על פני 23 שעות מתוך 24 שעות במחזור התא.
השעה הנותרת תיועד לשלב ה-M וגדילת התא תתרחש תוך כדי מחזור התא החדש שנוצר (מלבד במקרה של מיטוזה).
שני שלבי ה-Gap מהווים שלבים מעכבים שמקנים זמן גדילה לתא ובנוסף מספקים לתא ניטור ומעקב של תנאים חוץ ותוך תאיים (התקדמות מחזור התא תלויה גם בתנאים אלו), כדי להבטיח תנאים מתאימים והכנות הדרושות לשלבי ה-S וה-M. התא חייב להבטיח לעצמו את התנאים האולטימטיביים לשלבים אלו, שכן משם יהיה חייב להתקדם לשכפול וחלוקה בתהליך מעגלי אשר נע קדימה בלבד. לצורך כך חיוני שלב G1 phase, המאפשר לתא לדחות התקדמות במעלה G1 Phase באם תנאים חיצוניים או תנאים חוץ תאיים אינם תואמים את דרישות התא. במידת הצורך "יקפיא" התא (G0 Phase) את התקדמותו לימים, שבועות ואף שנים עד שיתקבלו התנאים המתאימים או עד שהאורגניזם או התא ימותו. באם התקיימו התנאים הדרושים, התא יאפשר התקדמות במחזור התא לכיוון סוף שלב G1, הקרוי גם Start. משם יהיה חייב לעבור שכפול DNA (אפילו במידה והאותות החוץ תאיים המעודדים גדילה וחלוקת התא יוסרו).
מכניזם הבקרה.
מכניזם הבקרה ספציפי לכל שלב, כאשר הזמן המוקצב לכל שלב אינו תלוי בהצלחת השלב עצמו (כלומר, ממשיך לפעול גם אם השלב לא הסתיים בהצלחה). למשל: במקרה בו סינתזת DNA שלא הסתיימה בהצלחה בזמן, התא ישאף להמשיך לשלב הבא בכל מקרה. בשלב הזה תכנס לפעולה מערכת הבקרה, אשר תושפע מאותות המגיעים אליה בשלב הזה, המאותתים לעכב את ההתקדמות ל-M phase. העיכוב מקנה זמן לתיקון או החלפה, אשר למשל יכולים למנוע בהמשך יצירת תאים המתקדמים לשלבים הבאים במחזור התא למרות שאינם בשלים.
מערכת בקרת מחזור התא מבוססת על סדרות של אקטיבציות ביוכימיות המקושרות ביניהן, כאשר כל אחת מהן מאתחלת שלב ספציפי במחזור התא.
המערכת נעזרת במתווכים חיוניים שתפקידם לשמור על דיוק ומהימנות בכל שלב ושלב במהלך מחזור חיי התא.
אופן הבקרה על פעילות מחזור התא.
במרבית התאים האיקריוטים, מערכת הבקרה פועלת דרך שלושה מעברים רגולרטיביים (Cell cycle checkpoint):
מערכת הבקרה תדאג לחסום את המעבר בכל אחד משלושת המעברים המצוינים לעיל, באם זיהתה בעיה תוך או חוץ תאית.
למשל אם זוהתה בעיה בשכפול ה-DNA, היא תעכב את התא במעבר G2\M Checkpoint עד לתיקון הדרוש.
קומפלקס CDK-activating kinase.