線形加速器とは何ですか？

線形加速器は、電磁場で物質を線形経路に沿って移動させることにより、物質を高速に加速する装置です。 この用語は、原子または素粒子を加速する線形粒子加速器、またはリニアックを指すために最も一般的に使用されます。 「線形加速器」とは、コイルガンやレールガンなど、より大きな物体を推進するために電磁気を使用するデバイスのこともあります。宇宙旅行や武器など。

線形粒子加速器は、磁気的に帯電した粒子を発射します。 これらは、イオンと呼​​ばれる荷電原子全体、または陽子や電子などの素粒子です。 第一に、加速される粒子は、カソードまたはイオン源などの電磁装置によって生成され、電極で裏打ちされたパイプ状の真空チャンバーに放出されます。 次に、電極にエネルギーを与えて振動磁場を作り出し、粒子にエネルギーを与え、粒子を加速してチューブを下ってデバイスのターゲットに向けます。 チューブ内の電極の正確な配置、電極に送られるエネルギーの電力と周波数、および電極のサイズはすべて、加速される粒子とデバイスの目的によって異なります。

単純で非常に一般的な例は、テレビ、モニター、その他のディスプレイ技術で一般的に使用されるブラウン管です。 陰極線管は、蛍光体と呼ばれる発光物質で作られたチューブの端にある固体ターゲットに衝突するまで、通常は金属硫化物化合物であるまで、電子をチューブに向かって推進します。 これにより、電子のエネルギーの一部が、人間の目で可視光として検出される波長の電磁エネルギーの放出として放出されます。 医学および生物学研究で使用されるX線装置は同様の原理に従い、電子の流れを銅、モリブデン、またはタングステンに発射し、X線放射を生成します。X線放射は、イメージングまたはより強力なデバイスで放射線療法に使用できます。

線形粒子加速器は科学研究でも使用されています。 生物学的および考古学的研究のイメージングには、小さなデバイスが頻繁に使用されます。 研究に使用される線形加速器はサイズが大きく異なり、現代の物理学で研究されている現象のいくつかを生成するために必要な非常に高いエネルギーレベルのため、真に巨大な次元に達することができます。 カリフォルニア州メンロパークにあるSLAC（Stanford Linear Accelerator Center）国立加速器研究所にある地球上最大の線形粒子加速器は、長さ2マイルです。

また、いくつかの産業プロセスで使用されています。 現代の電子機器で使用されているシリコンチップの一部は、素粒子ではなく荷電原子全体を推進する加速器を組み込んだプロセスで製造されているため、製造中に原子を非常に正確に配置できます。 加速器を使用して、鋼などの材料の表面にイオンを注入し、材料の構造を変更して、化学薬品による亀裂に対する耐性を高めることもできます。

「線形加速器」という用語は、電磁気を使用して発射体を直線経路に沿って加速する同様の方法で、より大きな物体を推進するデバイスにも使用されることがあります。 これらは、デバイスのバレルに巻き付けられた金属コイル、コイルガン、マスドライバー、またはガウスガンと呼ばれる設計、またはレールガンと呼ばれる互いに平行に配置された一対の金属レールに電気を通すことによって機能します。 鉄などの強磁性体でできた物体は、適切なタイミングの電流によって生成された磁場でデバイスのバレルを下って加速されます。 コイルガンは、地球の表面から宇宙空間に貨物を発射するための可能な方法として提案されており、コイルガンとレールガンの両方が可能な武器として研究されています。