Wat is een lineair versneller?

Een lineair versneller is een apparaat dat materie versnelt naar een hoge snelheid door het op een lineair pad te verplaatsen met elektromagnetische velden. De term wordt meestal gebruikt om te verwijzen naar een lineaire deeltjesversneller of Linac, die atomen of subatomaire deeltjes versnelt. "Lineaire versneller" kan ook verwijzen naar apparaten die elektromagnetisme gebruiken om grotere objecten voort te stuwen, zoals coilguns en railguns. Lineaire deeltjesversnellers worden vaak gebruikt in geneeskunde, industrie en wetenschappelijke experimenten, en elektromagnetische versnellers voor grotere objecten kunnen toekomstige toepassingen hebben voor doeleinden zoals ruimtevaart en wapens.

Een lineaire deeltjesverzamelingsbranden die magnetisch geladen deeltjes zijn. Dit kunnen hele geladen atomen zijn, ionen genoemd of subatomaire deeltjes zoals protonen en elektronen. Eerst wordt het versnelde deeltje gegenereerd door een elektromagnetisch apparaat zoals een kathode of ionenbron en afgegeven in een pijpvormige vacuümkamer bekleed met elektroden. De elektrodenworden vervolgens bekrachtigd om oscillerende magnetische velden te creëren die energie aan het deeltje geven en versnellen het door de buis naar het doel van het apparaat. De precieze opstelling van de elektroden in de buis, het vermogen en de frequentie van de energie die in de elektroden wordt gestuurd, en de grootte van de elektroden varieert allemaal afhankelijk van de deeltjes die worden versneld en het doel van het apparaat.

Een eenvoudig en heel algemeen voorbeeld is de kathodestraalbuis, die vaak wordt gebruikt in televisies, monitoren en andere weergavetechnologieën. De kathodestraalbuis stuwt elektronen in de buis totdat ze een vast doelwit raken aan het uiteinde van de buis gemaakt van luminescerende materialen die fosforen worden genoemd, die meestal metalen sulfideverbindingen zijn. Dit zorgt ervoor dat een deel van de energie van de elektronen wordt vrijgegeven als een emissie van elektromagnetische energie in de golflengten die het menselijk oog detecteert als zichtbaar licht. RöntgenmachinesGebruikt in geneeskunde en biologisch onderzoek volgt een soortgelijk principe, waarbij elektronenstromen in koper, molybdeen of wolfraam worden gestoken om röntgenemissies te produceren die kunnen worden gebruikt voor beeldvorming of, met krachtigere apparaten, radiotherapie.

Lineaire deeltjesversnellers worden ook gebruikt in wetenschappelijk onderzoek. Kleine apparaten worden vaak gebruikt voor beeldvorming in biologisch en archeologisch onderzoek. Lineaire versnellers die voor onderzoek worden gebruikt, variëren sterk in grootte en kunnen echt kolossale dimensies bereiken vanwege de extreem hoge energieniveaus die nodig zijn om enkele van de fenomenen te produceren die in de moderne fysica zijn bestudeerd. De grootste lineaire deeltjesversneller op aarde, gelegen in het SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Californië, is twee mijl lang.

Ze worden ook gebruikt in sommige industriële processen. Sommige siliciumchips die in moderne elektronica worden gebruikt, worden vervaardigd in een proces met versnellers die volledige geladen atomen voortstuwen in plaats van subAtomische deeltjes, waardoor een zeer precieze plaatsing van atomen tijdens de productie mogelijk is. Versnels kunnen ook worden gebruikt om ionen in het oppervlak van materialen zoals staal te implanteren, waardoor de structuur van het materiaal verandert om het beter bestand te maken tegen scheuren chemische corrosie.

De term "lineaire versneller" wordt soms ook gebruikt voor apparaten die grotere objecten op een vergelijkbare manier voortstuwen, met behulp van elektromagnetisme om een ​​projectiel langs een recht pad te versnellen. Deze werken door elektriciteit te draaien door een metalen spoel die rond het vat van het apparaat gewikkeld, een ontwerp genaamd een coilgun, massaduurprogramma of Gauss -pistool, of door een paar metalen rails die parallel aan elkaar worden geplaatst, een railgun genoemd. Een object gemaakt van een ferromagnetisch materiaal, zoals ijzer, kan worden versneld langs de loop van het apparaat met de magnetische velden geproduceerd door correct getimede elektrische stromen. Coilguns zijn voorgesteld als een mogelijke manier om ladingen van het aardoppervlak naar de ruimte te lanceren, en beide coilgunS en railguns worden onderzocht als mogelijke wapens.