Vad är en linjär accelerator?
En linjär accelerator är en anordning som accelererar materien till en hög hastighet genom att flytta den ner en linjär bana med elektromagnetiska fält. Termen används vanligen för att hänvisa till en linjär partikelaccelerator, eller linac, som accelererar atomer eller subatomära partiklar. "Linjär accelerator" kan också hänvisa till enheter som använder elektromagnetism för att driva större föremål, till exempel spolvapen och järnvägsvågor. Linjära partikelacceleratorer används ofta inom medicin, industri och vetenskapliga experiment, och elektromagnetiska acceleratorer för större objekt kan ha framtida tillämpningar för ändamål som rymdresor och vapen.
En linjär partikelaccelerator avfyrar magnetiskt laddade partiklar. Dessa kan vara hela laddade atomer, kallade joner, eller subatomära partiklar som protoner och elektroner. Först alstras den partikel som ska accelereras av en elektromagnetisk anordning såsom en katod eller jonkälla och frigörs i en rörformad vakuumkammare fodrad med elektroder. Elektroderna aktiveras sedan för att skapa oscillerande magnetfält som ger energi till partikeln och accelererar den ner i röret mot enhetens mål. Det exakta arrangemanget av elektroderna i röret, kraften och frekvensen för den energi som skickas in i elektroderna och storleken på elektroderna varierar alla beroende på partiklarna som accelereras och anordningens syfte.
Ett enkelt och mycket vanligt exempel är katodstråleröret, som vanligtvis används i tv-apparater, bildskärmar och annan skärmteknik. Katodstråleröret driver elektroner ner i röret tills de träffar ett fast mål i rörets ände gjord av självlysande material som kallas fosforer, som vanligtvis är metallsulfidföreningar. Detta gör att en del av elektronernas energi frigörs som ett utsläpp av elektromagnetisk energi i de våglängder som det mänskliga ögat upptäcker som synligt ljus. Röntgenmaskiner som används inom medicin och biologisk forskning följer en liknande princip, avfyrar strömmar av elektroner i koppar, molybden eller volfram för att producera röntgenutsläpp som kan användas för avbildning eller, med kraftigare apparater, strålterapi.
Linjära partikelacceleratorer används också i vetenskaplig forskning. Små enheter används ofta för avbildning i biologisk och arkeologisk forskning. Linjära acceleratorer som används för forskning varierar mycket i storlek och kan nå riktigt kolossala dimensioner på grund av de extremt höga energinivåerna som krävs för att producera några av de fenomen som studerats i modern fysik. Den största linjära partikelacceleratorn på jorden, belägen vid SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) National Accelerator Laboratory i Menlo Park, Kalifornien, är två mil lång.
De används också i vissa industriella processer. Vissa kiselchips som används i modern elektronik tillverkas i en process som innehåller acceleratorer som driver hela laddade atomer istället för subatomära partiklar, vilket möjliggör mycket exakt placering av atomer under produktionen. Acceleratorer kan också användas för att implantera joner i ytan på material som stål, för att förändra materialets struktur för att göra det mer motståndskraftigt mot sprickor kemisk korrosion.
Termen "linjär accelerator" används också ibland för enheter som driver större objekt på liknande sätt, med elektromagnetism för att påskynda en projektil längs en rak bana. Dessa fungerar genom att driva elektricitet genom antingen en metallspole lindad runt enhetens cylinder, en design som kallas en spiralvapen, massförare eller Gauss-pistol, eller genom ett par metallskenor som är placerade parallellt med varandra, kallad en järnväg. Ett föremål tillverkat av ett ferromagnetiskt material, såsom järn, kan påskyndas längs enhetens cylinder med de magnetiska fälten som produceras av korrekt tidsinställda elektriska strömmar. Spolvapen har föreslagits som ett möjligt sätt att släppa laddningar från jordens yta in i yttre rymden, och både spolvapen och järnväg forskas som möjliga vapen.