Hvad er en lineær accelerator?
En lineær accelerator er en enhed, der accelererer stof til en høj hastighed ved at bevæge det ned ad en lineær bane med elektromagnetiske felter. Udtrykket er oftest brugt til at henvise til en lineær partikelaccelerator eller linac, der accelererer atomer eller subatomære partikler. "Lineær accelerator" kan også henvise til enheder, der bruger elektromagnetisme til at drive større genstande, såsom spiralvåben og jernbanevåben. Lineære partikelacceleratorer bruges ofte i medicin, industri og videnskabelige eksperimenter, og elektromagnetiske acceleratorer til større genstande kan have fremtidige applikationer til formål såsom rumrejse og våben.
En lineær partikelaccelerator fyrer magnetisk ladede partikler. Disse kan være hele ladede atomer, kaldet ioner, eller subatomære partikler, såsom protoner og elektroner. Først frembringes den partikel, der skal accelereres, af en elektromagnetisk anordning, såsom en katode eller en ionkilde, og frigives i et rørformet vakuumkammer foret med elektroder. Elektroderne tændes derefter for at skabe svingende magnetfelter, der giver energi til partiklen og accelererer det ned langs røret mod enhedens mål. Det nøjagtige arrangement af elektroderne inden i røret, kraften og frekvensen af den energi, der sendes ind i elektroderne, og størrelsen af elektroderne varierer alt afhængigt af partiklerne, der accelereres og formålet med anordningen.
Et simpelt og meget almindeligt eksempel er katodestrålerøret, der ofte bruges i fjernsyn, skærme og andre displayteknologier. Katodestrålerøret driver elektroner ned langs røret, indtil de rammer et solidt mål i rørets ende, der er lavet af selvlysende materialer kaldet fosfor, som normalt er metal sulfidforbindelser. Dette medfører, at en del af elektronenes energi frigøres som en emission af elektromagnetisk energi i de bølgelængder, som det menneskelige øje registrerer som synligt lys. Røntgenmaskiner, der bruges i medicin og biologisk forskning, følger et lignende princip og fyrer strømme af elektroner ind i kobber, molybdæn eller wolfram for at producere røntgenemissioner, der kan bruges til billeddannelse eller med kraftigere apparater til strålebehandling.
Lineære partikelacceleratorer bruges også i videnskabelig forskning. Små enheder bruges ofte til billeddannelse i biologisk og arkæologisk forskning. Lineære acceleratorer, der bruges til forskning, varierer meget i størrelse og kan nå virkelig kolossale dimensioner på grund af de ekstremt høje energiniveauer, der er nødvendige for at producere nogle af de fænomener, der studeres i moderne fysik. Den største lineære partikelaccelerator på Jorden, der ligger ved SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) National Accelerator Laboratory i Menlo Park, Californien, er to miles lang.
De bruges også i nogle industrielle processer. Nogle siliciumchips, der bruges i moderne elektronik, fremstilles i en proces, der indeholder acceleratorer, der driver hele ladede atomer i stedet for subatomiske partikler, hvilket tillader meget nøjagtig placering af atomer under produktionen. Acceleratorer kan også bruges til at implantere ioner i overfladen af materialer som stål, hvilket ændrer materialets struktur for at gøre det mere modstandsdygtigt over for kemisk korrosion i revner.
Udtrykket "lineær accelerator" bruges også undertiden til enheder, der driver større genstande på lignende måde, ved hjælp af elektromagnetisme til at accelerere et projektil langs en lige sti. Disse fungerer ved at køre elektricitet gennem enten en metalspole pakket rundt om enhedens tønde, et design kaldet en coilgun, massedriver eller Gauss pistol eller gennem et par metalskinner placeret parallelt med hinanden, kaldet en railgun. Et objekt, der er lavet af et ferromagnetisk materiale, såsom jern, kan accelereres ned langs enhedens cylinder med magnetfelterne produceret af korrekt tidsbestemte elektriske strømme. Spiralvåben er blevet foreslået som en mulig måde at lancere laster fra jordens overflade ud i det ydre rum, og både spiralvåben og jernbanevåben undersøges som mulige våben.