Hva er en lineær akselerator?
En lineær akselerator er en enhet som akselererer materien til en høy hastighet ved å bevege den nedover en lineær bane med elektromagnetiske felt. Begrepet brukes ofte for å referere til en lineær partikkelakselerator, eller linac, som akselererer atomer eller subatomære partikler. "Lineær akselerator" kan også referere til enheter som bruker elektromagnetisme for å drive større gjenstander, for eksempel spiralpistoler og skinnegevær. Lineære partikkelakseleratorer brukes ofte i medisin, industri og vitenskapelige eksperimenter, og elektromagnetiske akseleratorer for større gjenstander kan ha fremtidige applikasjoner til formål som romfart og våpen.
En lineær partikkelakselerator avfyrer magnetisk ladede partikler. Dette kan være hele ladede atomer, kalt ioner, eller subatomære partikler som protoner og elektroner. Først genereres partikkelen som skal akselereres av en elektromagnetisk anordning som en katode eller en ionekilde og frigjøres til et rørformet vakuumkammer foret med elektroder. Elektrodene får deretter strøm for å skape svingende magnetiske felt som gir energi til partikkelen og akselererer den nedover i røret mot enhetens mål. Det nøyaktige arrangementet av elektrodene i røret, kraften og frekvensen til energien som sendes inn i elektrodene, og størrelsen på elektrodene varierer alt etter partiklene som akselereres og formålet med anordningen.
Et enkelt og veldig vanlig eksempel er katodestrålerøret, som ofte brukes i TV-apparater, skjermer og andre skjermteknologier. Katodestrålerøret driver elektroner nedover røret til de treffer et solid mål på rørets ende laget av selvlysende materialer kalt fosfor, som vanligvis er metallsulfidforbindelser. Dette fører til at en del av energien til elektronene frigjøres som en utslipp av elektromagnetisk energi i bølgelengdene som det menneskelige øyet oppdager som synlig lys. Røntgenmaskiner brukt i medisin og biologisk forskning følger et lignende prinsipp, avfyring av strømmer av elektroner i kobber, molybden eller wolfram for å produsere røntgenutslipp som kan brukes til avbildning eller, med kraftigere apparater, strålebehandling.
Lineære partikkelakseleratorer brukes også i vitenskapelig forskning. Små enheter brukes ofte til avbildning i biologisk og arkeologisk forskning. Lineære akseleratorer som brukes til forskning varierer veldig i størrelse, og kan nå virkelig kolossale dimensjoner på grunn av de ekstremt høye energinivåene som er nødvendige for å produsere noen av fenomenene som er studert i moderne fysikk. Den største lineære partikkelakseleratoren på jorden, som ligger ved SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) National Accelerator Laboratory i Menlo Park, California, er to miles lang.
De brukes også i noen industrielle prosesser. Noen silisiumflis som brukes i moderne elektronikk produseres i en prosess som inneholder akseleratorer som driver hele ladede atomer i stedet for subatomære partikler, noe som tillater veldig presis plassering av atomer under produksjonen. Akseleratorer kan også brukes til å implantere ioner i overflaten av materialer som stål, og endre strukturen til materialet for å gjøre det mer motstandsdyktig mot sprekker kjemisk korrosjon.
Begrepet "lineær akselerator" brukes også noen ganger for enheter som driver større gjenstander på lignende måte, ved å bruke elektromagnetisme for å akselerere et prosjektil langs en rett bane. Disse fungerer ved å føre elektrisitet gjennom enten en metallspole pakket rundt tønnen på enheten, en design som kalles en spiralvåpen, massedriver eller Gauss pistol, eller gjennom et par metallskinner plassert parallelt med hverandre, kalt en skinnegevær. Et objekt som er laget av et ferromagnetisk materiale, for eksempel jern, kan akselereres ned gjennom enhetens fat med magnetfeltene produsert av riktig tidsbestemte elektriske strømmer. Spolepistoler er blitt foreslått som en mulig måte å lansere last fra jordens overflate ut i det ytre rom, og både spiralpistoler og jernbanevåpen forskes på som mulige våpen.