Co je lineární urychlovač?

Lineární urychlovač je zařízení, které urychluje hmotu na vysokou rychlost jejím pohybem po lineární dráze s elektromagnetickými poli. Termín je nejčastěji používán pro označení lineárního urychlovače částic nebo linacu, který urychluje atomy nebo subatomické částice. „Lineární urychlovač“ se může také vztahovat na zařízení, která používají elektromagnetický pohon k pohonu větších předmětů, jako jsou coilguny nebo železniční zbraně. Lineární urychlovače částic se běžně používají v medicíně, průmyslu a vědeckých experimentech a elektromagnetické urychlovače pro větší objekty mohou mít budoucí použití pro účely jako je vesmírné cestování a zbraně.

Lineární urychlovač částic vystřeluje magneticky nabité částice. Mohou to být celé nabité atomy, nazývané ionty nebo subatomické částice, jako jsou protony a elektrony. Nejprve je částice, která má být zrychlena, generována elektromagnetickým zařízením, jako je katoda nebo zdroj iontů, a uvolněna do trubkovité vakuové komory s elektrodami. Elektrody jsou potom pod napětím, aby vytvořily oscilační magnetická pole, která dodávají energii částici a urychlují ji dolů trubicí směrem k cíli zařízení. Přesné uspořádání elektrod v trubici, výkon a frekvence energie zasílané do elektrod a velikost elektrod se liší v závislosti na zrychlených částicích a účelu zařízení.

Jednoduchým a velmi častým příkladem je katodová trubice, běžně používaná v televizích, monitorech a dalších zobrazovacích technologiích. Trubice s katodovým paprskem pohání elektrony trubicí, dokud nenarazí na pevný konec trubice z luminiscenčních materiálů zvaných fosfory, což jsou obvykle sloučeniny sulfidů kovů. To způsobuje uvolnění části energie elektronů jako emise elektromagnetické energie ve vlnových délkách, které lidské oko detekuje jako viditelné světlo. Rentgenové přístroje používané v medicíně a biologickém výzkumu se řídí podobným principem: vypalují toky elektronů do mědi, molybdenu nebo wolframu a vytvářejí rentgenové emise, které mohou být použity pro zobrazování nebo s výkonnějšími zařízeními pro radioterapii.

Lineární částice urychlovače se také používají ve vědeckém výzkumu. Malá zařízení se často používají k zobrazování v biologickém a archeologickém výzkumu. Lineární urychlovače používané pro výzkum se velmi liší velikostí a mohou dosáhnout skutečně kolosálních rozměrů v důsledku extrémně vysokých úrovní energie potřebných k vytvoření některých jevů studovaných v moderní fyzice. Největší lineární urychlovač částic na Zemi, umístěný v SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) National Accelerator Laboratory v Menlo Park v Kalifornii, je dlouhý dvě míle.

Používají se také v některých průmyslových procesech. Některé křemíkové čipy používané v moderní elektronice jsou vyráběny v procesu obsahujícím urychlovače, které pohání celé nabité atomy místo subatomových částic, což umožňuje velmi přesné umístění atomů během výroby. Urychlovače mohou být také použity k implantaci iontů na povrch materiálů, jako je ocel, změnou struktury materiálu, aby byl více odolný vůči chemické korozi trhlin.

Termín „lineární urychlovač“ se také někdy používá pro zařízení, která pohánějí větší objekty podobným způsobem, pomocí elektromagnetismu k urychlení střely podél přímé dráhy. Tyto práce spočívají v tom, že prochází elektřina buď kovovou cívkou omotanou kolem hlavice zařízení, konstrukcí zvanou coilgun, hromadným řidičem nebo Gaussovou pistolí, nebo dvojicí kovových kolejnic umístěných paralelně k sobě, nazývaných railgun. Předmět vyrobený z feromagnetického materiálu, jako je železo, může být urychlen dolů po hlavici zařízení pomocí magnetických polí vytvářených správně načasovanými elektrickými proudy. Coilguns byly navrhovány jako možný způsob, jak vypustit náklad ze zemského povrchu do vesmíru a coilguns i railguns jsou zkoumány jako možné zbraně.