Chiziqli zarracha tezlatgichi

Chiziqli zarracha tezlatgichi (koʻpincha linac deb qisqartiriladi) zaryadlangan subatomik zarralar yoki ionlarni chiziqli nur chizigʻi boʻylab bir qator tebranuvchi elektr potentsiallariga taʼsir qilish orqali yuqori tezlikka tezlashtiradigan zarracha tezlatgichining bir turi. Bunday mashinalar uchun printsiplar 1924 yilda Gustav Ising tomonidan taklif qilingan , birinchi ishlaydigan mashina esa 1928 yilda  RWTH Aachen universitetida Rolf Widerøe tomonidan qurilgan.  Linaclar koʻplab qoʻllanmalarga ega: ular radiatsiya terapiyasida tibbiy maqsadlar uchun rentgen nurlari va yuqori energiyali elektronlarni hosil qiladi, yuqori energiyali tezlatgichlar uchun zarrachalar injektori boʻlib xizmat qiladi va yorugʻlik zarralari (elektronlar va pozitronlar) uchun eng yuqori kinetik energiyaga erishish uchun bevosita ishlatiladi. zarrachalar fizikasi .Tezlatkichlar (yadro fizikasi da) – elektr maydoni yordamida yuqori energiyali zaryadlangan zarralar (elektronlar, protonlar, atom yadrolari va boshqalar) olish uchun moʻljallangan qurilmalar. Zarralar qurilmaning vakuum kamerasida harakatlanadi; ularning harakati (trayektoriyasi shakli)ni magnit maydoni (baʼzan, elektr maydoni) bilan boshkarib turiladi. Zarralarning trayektoriyasiga kura, T. siklik va chiziqli, tezlatuvchi elektr maydoni xarakteriga koʻra, rezonans va norezonans turlarga boʻlinadi (norezonans T.ning induksion va yuqori voltli xillari bor). Siklik T. jumlasiga elektronlar T.i (betatron, mikrotron, sinxrotron) va ogʻir zarralar (protonlar va boshqalar) T.i (sinxrofazotron, fazotron, siklotron) kiradi. Betatrondan boshqa barcha siklik T. rezonans T.

Linakaning dizayni tezlashtirilgan zarrachaning turiga bogʻliq: elektronlar, protonlar yoki ionlar . Linakalarning oʻlchamlari katod nurli trubadan (bu linyakning bir turi)  gacha. Kaliforniya, Menlo Parkdagi SLAC milliy tezlatgich laboratoriyasida linac.

 Tarix 
1924 yilda Gustav Ising bir qator tezlashtiruvchi boʻshliqlardan foydalangan holda chiziqli zarracha tezlatgichining birinchi tavsifini nashr etdi. Zarrachalar bir qator naychalar boʻylab harakatlanar edi. Muntazam chastotada har bir boʻshliqda tezlashtiruvchi kuchlanish qoʻllanadi. Zarrachalar tezlikni oshirib, chastota doimiy boʻlib qolganda, boʻshliqlar har bir boʻshliqqa yetib borishi bilan zarracha kuchlanish qoʻllanilishini taʼminlash uchun bir-biridan uzoqroq va uzoqroq masofada joylashgan boʻlar edi. Ising hech qachon ushbu dizaynni muvaffaqiyatli amalga oshirmagan. T. hozirgi zamon fizikasining asosiy qurilmalaridan biri. Yuqori energiyali zarralar dastasidan elementar zarralarning tabiati va xossalarini tadqiq qilishda, atom yadrosi va qatgiq jism fizikasida, defektoskopiyada, bemorlarni nur bilan davolash va boshqa sohalarda foydalaniladi.

Ushbu maqola Mirzo Ulugʻbek nomidagi Oʻzbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi tomonidan Wikitaʼlim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi

Rolf Wideroe 1927 yilda Isingning qogʻozini topdi va oʻzining doktorlik dissertatsiyasining bir qismi sifatida 88 dyuymli uzunlikdagi, ikkita boʻshliqli qurilmani yaratdi. Ising kuchlanish manbai sifatida uchqun boʻshligʻini taklif qilgan joyda, Wideroe 25 kV vakuumli trubkali osilatordan foydalangan. U natriy va kaliy ionlarini 50 ming elektron volt (50 keV) energiyaga tezlashtirganini muvaffaqiyatli koʻrsatdi, bu trubka orqali faqat bir marta tezlashtirilganda ular oladigan energiyadan ikki baravar koʻp. Bir xil kuchlanish manbasidan foydalanib, zarrachani bir necha marta muvaffaqiyatli tezlashtirish orqali Wideroe radiochastota tezlashuvining foydali ekanligini koʻrsatdi. 

Ushbu turdagi linac oʻsha paytda mavjud boʻlgan kuchlanish manbalari bilan cheklangan edi va faqat Ikkinchi Jahon urushidan keyin Luis Alvares birinchi rezonansli kavitali drift trubkasini loyihalash uchun yangi ishlab chiqilgan yuqori chastotali osilatorlardan foydalanishga muvaffaq boʻldi. Alvarez linac Wideroe turidan farq qiladi, chunki RF quvvati zarracha harakatlanadigan butun rezonans kamerasiga qoʻllanadi va markaziy quvurlar faqat osilator fazasining sekinlashuvchi qismida zarrachalarni himoya qilish uchun ishlatiladi. Tezlashtirish uchun ushbu yondashuvdan foydalanish Alvaresning birinchi linak 1947 yilda 31,5 MeV proton energiyasiga erisha olganligini anglatadi, bu oʻsha paytda erishilgan eng yuqori koʻrsatkichdir. 

1947 yilda, Alvares protonlar boʻyicha oʻzining linyak kontseptsiyasini ishlab chiqish bilan bir vaqtda, Uilyam Xansen Stenford universitetida birinchi harakatlanuvchi toʻlqinli elektron tezlatgichni qurdi.  Elektronlar protonlardan etarlicha engilroq boʻlib, ular tezlanish jarayonining boshida yorugʻlik tezligiga yaqin tezlikka erishadilar. Natijada, „tezlashtiruvchi“ elektronlar energiyani oshiradi, lekin tezlatgichni loyihalash nuqtai nazaridan doimiy tezlikka ega deb hisoblash mumkin. Bu Xansenga bir qator disklar bilan yuklangan gorizontal toʻlqin yoʻriqnomasidan tashkil topgan tezlashtiruvchi strukturadan foydalanishga imkon berdi. 1947 yilgi tezlatkich 6 MeV energiyaga ega edi. Vaqt oʻtishi bilan SLAC Milliy tezlatkich laboratoriyasida elektron tezlashuvi  oʻlchamga choʻziladi. va chiqish energiyasi 50 GeV. 

Chiziqli tezlatgichlar yuqori nurli oqimlar bilan ishlab chiqilganligi sababli, proton va ogʻir ion nurlarini fokuslash uchun magnit maydonlardan foydalanish tezlatgichning dastlabki bosqichlarida qiyinchiliklar tugʻdirdi. Magnit kuch zarracha tezligiga bogʻliq boʻlganligi sababli, bir vaqtning oʻzida past va oʻrta energiyali hadronlarni tezlashtiradigan va fokuslashi mumkin boʻlgan tezlatgich turini yaratish maqsadga muvofiq edi.  1970-yilda sovet fiziklari I. M. Kapchinskiy va Vladimir Teplyakov tezlashtiruvchi strukturaning radiochastotali kvadrupol (RFQ) turini taklif qilishdi. RFQ murakkab elektr maydonlarini ishlab chiqarish uchun rezonansli boʻshliqda aniq moʻljallangan shakllarga ega qanotlar yoki rodlardan foydalanadi. Bu maydonlar bir vaqtning oʻzida tezlashtirish va inʼektsiya qilingan zarracha nurlariga fokuslashni taʼminlaydi. 

1960-yillardan boshlab Stenford va boshqa mamlakatlardagi olimlar zarrachalarni tezlashtirish uchun oʻta oʻtkazuvchan radiochastota boʻshliqlaridan foydalanishni oʻrganishga kirishdilar.  Niobiy qotishmalaridan yasalgan oʻta oʻtkazuvchan boʻshliqlar yanada samarali tezlashtirishga imkon berdi, chunki kirish quvvatining sezilarli darajada yuqori qismini issiqlik uchun yoʻqotish oʻrniga nurga qoʻllash mumkin edi. Eng qadimgi oʻta oʻtkazuvchan linaklar qatoriga Stenforddagi Superoʻtkazuvchi chiziqli tezlatgich (elektronlar uchun)  va Argonna Milliy Laboratoriyasidagi Argon tandem chiziqli tezlatgich tizimi (protonlar va ogʻir ionlar uchun) kiradi. 

 Ishlashning asosiy tamoyillari 
Zaryadlangan zarracha elektromagnit maydonga qoʻyilganda, u Lorentz kuch qonuni tomonidan berilgan kuchni boshdan kechiradi:



(SI birliklarida) bu yerda  zarrachaning zaryadidir,  elektr maydoni,  zarracha tezligi, va  magnit maydon hisoblanadi. Magnit maydon atamasidagi oʻzaro mahsulot zarracha tezlashishi uchun statik magnit maydonlardan foydalanish mumkin emasligini anglatadi, chunki magnit kuch zarrachalar harakati yoʻnalishiga perpendikulyar ravishda taʼsir qiladi. 

Elektrostatik buzilish elektr maydonini hosil qilish uchun boʻshliq boʻylab qoʻllanilishi mumkin boʻlgan maksimal doimiy kuchlanishni cheklaganligi sababli, koʻpchilik tezlatgichlar radiochastota (RF) tezlashuvining baʼzi shakllaridan foydalanadilar. RF tezlashuvida zarracha har bir mintaqani kesib oʻtganda tezlashuvchi maydonni koʻradigan tarzda kuchlanish manbai tomonidan boshqariladigan bir qator tezlashuvchi hududlarni kesib oʻtadi. Tezlanishning bu turida zarralar osilator siklining elektr maydoni moʻljallangan tezlanish yoʻnalishini koʻrsatgan qismiga mos keladigan „toʻplamlar“ boʻylab harakatlanishi kerak. 

Agar bitta tebranish kuchlanish manbai bir qator boʻshliqlarni haydash uchun ishlatilsa, zarracha tezligi oshgani sayin, bu boʻshliqlar bir-biridan tobora uzoqroq joylashtirilishi kerak. Bu zarrachaning har bir boʻshliqqa yetib borishi bilan osilator siklining bir xil fazasini „koʻrishini“ taʼminlash uchun kerak. Zarrachalar yorugʻlik tezligiga asimptotik yaqinlashganda, boʻshliqni ajratish doimiy boʻladi – qoʻllanadigan qoʻshimcha kuch zarrachalarning energiyasini oshiradi, lekin ularning tezligini sezilarli darajada oʻzgartirmaydi. 

 Fokuslash 
Zarrachalar tezlatkichdan qochib ketmasligi uchun markaziy traektoriyadan uzoqlashayotgan zarrachalarni moʻljallangan yoʻlga qayta yoʻnaltirish uchun qandaydir fokuslashni taʼminlash kerak. Kuchli fokuslanishning kashf etilishi bilan toʻrt kutupli magnitlar mos yozuvlar yoʻlidan uzoqlashayotgan zarralarni faol ravishda yoʻnaltirish uchun ishlatiladi. Toʻrt kutupli magnitlar bir koʻndalang yoʻnalishda va perpendikulyar yoʻnalishda fokuslanayotganligi sababli, har ikki yoʻnalishda ham umumiy fokuslash effektini taʼminlash uchun magnit guruhlarini ishlatish kerak. 

 Faza barqarorligi 
Faza barqarorligi deb ham ataladigan sayohat yoʻnalishi boʻylab diqqatni jamlash RF tezlashishiga xos xususiyatdir. Agar toʻplamdagi zarrachalarning barchasi tebranish maydonining koʻtarilish bosqichida tezlashadigan hududga etib borsa, u holda erta kelgan zarralar toʻdaning markazidagi „mos yozuvlar“ zarrachasiga qaraganda bir oz kamroq kuchlanishni koʻradi. Shunday qilib, bu zarralar biroz kamroq tezlanish oladi va oxir-oqibat mos yozuvlar zarrasidan orqada qoladi. Shunga mos ravishda, mos yozuvlar zarrasidan keyin kelgan zarralar bir oz koʻproq tezlanish oladi va natijada mos yozuvlar ni yetib oladi. Ushbu avtomatik tuzatish har bir tezlashtirilgan boʻshliqda sodir boʻladi, shuning uchun toʻplam har safar tezlashtirilganda harakat yoʻnalishi boʻylab qayta yoʻnaltiriladi. 

 Qurilish va foydalanish 

Turkum:Rentgenologiya