Boundless Chemistry

Részecskegyorsító

A részecskegyorsító olyan eszköz, amely elektromágneses tereket használ arra, hogy a töltött részecskéket jól meghatározott sugárban nagy sebességre juttassa.

A részecskegyorsító olyan eszköz, amely elektromágneses mezők segítségével nagy sebességre hajtja a töltött részecskéket, és jól meghatározott sugárban tartja őket. Míg a jelenlegi részecskegyorsítók a szubatomi részecskék összezúzására összpontosítanak, a korai részecskegyorsítók egész atomokat zúztak össze, magfúziót és így magtranszmutációt idézve elő.

A magtranszmutáció az egyik kémiai elem vagy izotóp átalakítása egy másikká. Más szóval, az egyik elem atomjai transzmutációval egy másik elem atomjaivá alakíthatók át. Ez vagy olyan nukleáris reakciókkal történik, amelyek során egy külső részecske lép reakcióba egy atommaggal, amit részecskegyorsítóval lehet biztosítani, vagy radioaktív bomlással, ahol nincs szükség külső részecskére.

A nukleáris transzmutáció története

A transzmutáció kifejezés az alkímiáig nyúlik vissza. Az alkimisták a bölcsek kövét kutatták, amely képes volt a nem nemesfémek arannyá alakítására. A fémtranszmutáció lehetetlenségéről már a középkor óta vitatkoztak az alkimisták, filozófusok és tudósok. A 18. században Antoine Lavoisier az alkímiai elemelméletet felváltotta a kémiai elemek modern elméletével, később pedig John Dalton fejlesztette tovább az atomok fogalmát a különböző kémiai folyamatok magyarázatára. Az atomok szétesése egy különálló folyamat, amely sokkal nagyobb energiákkal jár, mint amit az alkimisták elérhettek.

A nukleáris transzmutációt először Frederick Soddy alkalmazta tudatosan a modern fizikában, amikor Ernest Rutherforddal együtt 1901-ben felfedezte, hogy a radioaktív tórium rádiummá alakítja önmagát. A felismerés pillanatában – emlékezett vissza később Soddy – felkiáltott: “Rutherford, ez a transzmutáció!” Rutherford visszacsattant: “Az isten szerelmére, Soddy, ne nevezd ezt transzmutációnak. Lefejeznek minket, mint alkimistákat.”

Részecskegyorsítók

A gyorsítóknak két alapvető osztálya van: az elektrosztatikus és a rezgőmező-gyorsítók. Az elektrosztatikus gyorsítók statikus elektromos mezőkkel gyorsítják a részecskéket. Ennek az osztálynak egy kisméretű példája a katódsugárcső egy közönséges, régi televízióban. További példák a Cockcroft-Walton-generátor és a Van de Graaf-generátor. A részecskék elérhető mozgási energiáját ezekben az eszközökben az elektromos szétesés korlátozza. A rezgőmező-gyorsítók viszont rádiófrekvenciás elektromágneses tereket használnak a meghibásodás problémájának megkerülésére. Ez az osztály, amelynek fejlesztése az 1920-as években kezdődött, az alapja minden modern gyorsító koncepciónak és nagyméretű létesítménynek. Rolf Widerøe, Gustav Ising, Szilárd Leó, Donald Kerst és Ernest Lawrence a terület úttörőinek számítanak, akik az első működő lineáris részecskegyorsítót, a betatront és a ciklotront kitalálták és megépítették.

Mivel az ütköztetők a szubatomi világ szerkezetéről adhatnak bizonyítékot, a 20. században a gyorsítókat általában atomzúzóként emlegették. Annak ellenére, hogy a legtöbb gyorsító (az ionberendezések kivételével) valójában szubatomi részecskéket mozgat meg, a kifejezés továbbra is megmaradt a köznyelvben, amikor általában a részecskegyorsítókra utalnak.

Fermi National Accelerator Laboratory: Légi felvétel a Fermilabban található Tevatronról, amely egy nyolcasra hasonlít. A fő gyorsító a fenti gyűrű; az alatta lévő (a látszat ellenére körülbelül feleakkora átmérőjű) az előgyorsításra, a sugár hűtésére és tárolására stb. szolgál.

A transzmutáció termékeinek előrejelzése olyan, mint a radioaktív bomlás termékeinek előrejelzése. Fontos, hogy az egyenlet mindkét oldalán a teljes atomtömeg és az atomszámok azonosak maradjanak.