מאיץ ההדרונים הליניארי של CERN

מאיץ ההדרונים הליניארי של CERN (CERN Hadron LINAC) הוא מאיץ חלקיקים ליניארי, שמאיץ אלומות חלקיקים (לרוב הדרונים) ממנוחה, ובכך מהווה את השלב הראשון בהאצת החלקיקים במערך המאיצים של המרכז לחקר פיזיקת החלקיקים CERN ומשמש מקור חלקיקים למאיצים המעגליים הבאים במערך.

מאיץ חלקיקים ליניארי הוא סוג של מאיץ חלקיקים, שמסלול ההאצה שלו ישר, אשר מאיץ יונים או פרוטונים. פעולה זאת נעשית על ידי העברת החלקיקים דרך סדרה של תאים בעלי מתח חשמלי, כך שכאשר חלקיק נכנס לתא במהלך ההאצה שלו מהירותו גדלה. מאחר שהחלקיקים המואצים נעים בקבוצות-קבוצות, והם בעלי מטען חשמלי זהה בסימן, פועלים ביניהם כוחות דחייה חשמליים, ולכן בעזרת מגנטים ארבע-קוטביים מרכזים את קבוצות החלקיקים יחד כך שיעברו כמקשה אחת דרך תאי המאיץ.

Linac 1 
המאיץ הקווי הראשון של CERN תוכנן בראשית שנות החמישים במטרה לשמש מקור חלקיקים מואצים לסינכרונטרון פרוטון (PS). התכנית המקורית של מאיץ זה תוכננה על בסיס מאיץ דומה שב- AERE  (מכון המחקר לאנרגיה אטומית) אשר באנגליה. האצת אלומות החלקיקים הראשונה שלו התרחשה ב-1958. בשנת 1959 המאיץ כבר פעל במלואו והאיץ לראשונה פרוטונים באנרגיה של 50MeV (מיליון אלקטרון-וולט) כמקור חלקיקים עבור מאיץ הסינכרונטרון פרוטון (PS).

משנה זו החלה התפתחות מהירה ואינטנסיבית ושיפור מתמיד של מאיץ זה. התפתחות זו הגיעה לשיאה בשנת 1978 כאשר ניתן היה להגיע לזרם פרוטון מרבי של 70 mA באורכי פולס של 100μs. משנת 1972 ואילך, המאיץ הליניארי 1 לא העביר את הפרוטונים ישר לפרוטון סינכרונטרון (PS) אלא לפרוטון סינכרונטרון בוסטר (PSB). ה- PSB נבנה כדי לאפשר לאלומות הפרוטונים להגיע לאנרגיות גבוהות יותר כבר לפני כניסתם ל PS .

Linac 1 היה מקור החלקיקים היחידי של פרוטונים למאיצי הסינכרוטרון של CERN עד אשר המאיץ הליניארי 2 Linac2 החליף אותו בשנת 1978. לאחר ש Linac2 החליף את Linac1, Linac1 המשיך לשמש כמתקן בדיקה של יישומים שונים שהתבצעו במקום, כגון בדיקה ויישום של תדר רדיו ריבוע כמאיץ הראשוני, וכך החליף בשנת 1984 את הגנרטור Cockcroft–Walton generator המקורי. יתר על כן, פותחו דרכים ליצירת והאצת חלקיקי α, אטומי -H ודאוטריום. אטומי -H שימשו כמקור חלקיקים ניסוי - טבעת יונים באנרגיה נמוכה - LEAR . החל מסוף 1986 ואילך, Linac1 שימש גם להאצת יוני חמצן וגופרית.

בשנת 1992 הופסקה פעולתו של Linac1.

Linac 2 

בשנת 1963 הוחלט לבנות מאיץ ליניארי חדש להחלפת המאיץ Linac1 על מנת לעמוד בקצב ההתקדמות הטכנית של המכונות האחרות במערך המאיצים של CERN. בשנת 1978 החליף Linac2 את Linac1 כמקור העיקרי של אלומות פרוטונים.

מאיץ ליניארי 2 (Linac 2) הוא נקודת המוצא לפרוטונים המשמשים בניסויים ב- .CERN

מקור הפרוטון הוא בקבוק גז מימן בקצה אחד של Linac 2. המימן מועבר דרך שדה חשמלי כדי לנתק את האלקטרונים של אטומי המימן ובכך להשאיר רק את הגרעין שלהם, שהוא פרוטונים, שיכנסו למאיץ. כשהם מגיעים לקצה השני, הפרוטונים הגיעו לאנרגיה של 50 MeV ולפי תורת היחסות של איינשטיין מסתם גדלה ב־5%.. לאחר מכן הם נכנסים למגבר Proton Synchrotron Booster, השלב הבא בשרשרת המאיץ ש CERN אשר לוקח אותם לאנרגיה גבוהה יותר.

אלומות הפרוטונים מוקרנות מבקבוק המימן עד 100 מיקרו-שניות לדופק. הפולסים חוזרים שוב ושוב עד לייצור מספיק של פרוטונים.

Linac 3 
linac 3 נבנה בתוך המנהרה של לשעבר, לאחר שהוזמן ב 1994. הוא נבנה במיוחד כדי להאיץ יונים כבדים, לאחר שניסוים עם linac 1 ודרישה גוברת מהקהילה המדעית הציעו לבנות חדש אשר יוקדש למטרה זו. החלקיקים המואצים בו הם בעיקר יוני עופרת, המסופקים לניסויי ה LHC, ה- PSB וניסויי יעד קבוע ב SPS ובטבעת היונים באנרגיה נמוכה (LEIR) . לצורך הזמנות, גם יוני חמצן הואצו.

המאיצים הקווים ב- CERN החליפו תפקידים במהלך השנים. לאחר שנבנה Linac2, Linac1 שימש למסירת יונים לניסויים בסופר פרוטון סינכרונטרון. בקרוב היה לחץ לספק יונים כבדים יותר לחקר פלזמה של קווארקים וגלואונים, ולכן הוקם Linac3 הייעודי. זה התחיל בשנת 1994, וסיפק יונים למאיץ Proton Synchrotron Booster) PSB). כעת הוא מזריק יוני עופרת לטבעת היון הנמוכה, שמכינה אותם להזרקה ל- LHC.

Linac3 משתמש בכ־500 מיליגרם של עופרת לשבועיים של ניתוח. במקור החלקיקים ובזמן ההאצה דרך Linac3, אלקטרונים מורחקים. בסופו של דבר, כל האלקטרונים מוסרים והעופרת הופכת לגרעינים חשופים, שקל יותר להאיץ מאשר יונים שלמים.

Linac3 צפוי להיות בשימוש עד לפחות 2022.

Linac 4 
Linac4 הוא מאיץ ליניארי עתידי שכרגע נמצא בהזמנה. ה- Linac4 נועד להגביר יוני מימן שליליים לאנרגיות גבוהות. הוא אמור להפוך למקור האצת הפרוטון עבור ה- LHC בשנים 20–201920.

המכונה החדשה כוללת מקור H-ion וארבעה סוגים של מבנה מואץ: החלקיקים מואצים בכמה שלבים, תחילה ל־3 MeV על ידי תדר רדיו ריבועי (RFQ), ואז ל־50 MeV על ידי linacs tube drift) DTLs), לאחר מכן ל־100 MeV על ידי צינורות סחף מצמידים-חלל (CCDTLs), ולבסוף ל־160 MeV על ידי מבני .Pi-mode) PIMS) החומרה של Linac 4 כוללת גם ציוד שנקרא קו מסוק. תפקידו לחתוך את האלומה באותה תדר כמו זו של ה- PS Booster.

היונים מורחקים משני האלקטרונים שלהם במהלך ההזרקה מ- Linac 4 במאיץ הפרוטון סינכרונטרון כדי להשאיר רק פרוטונים. זה מאפשר ליותר חלקיקים להצטבר בסינכרונטרון, מפשט את ההזרקה, מפחית את אובדן האלומה בהזרקה ומעניק קרן מבריקה יותר.

אורך Linac4 הוא 86 מטר ונמצא 12 מטרים מתחת לאדמה. קרניים החלו להיות מיוצרות בשנת 2013 ואנרגיית ציון הדרך של 160 MeV הושגה בשנת 2016, לאחר הזמנת כל המבנים המואצים. במהלך הכיבוי הארוך שתוכנן לשנים 20–2019, הוא יחליף את Linac2, שמאיץ כיום פרוטונים ל־50 MeV. ה- Linac4 הוא מרכיב מרכזי בפרויקט להגדלת הזוהר של ה- LHC בעשור הבא.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

מאיצי חלקיקים
CERN