Senkrotron ışıması
Betatronun temel alınmasıyla yapılmış dairesel bir parçacık hızlandırıcısı. Bu nedenle betatron senkrotronu ve elektron senkrotronu adlarıyla da anılır. Senkrotronda, değişken bir manyetik alan ve sabit frekanslı bir elektrik alanı kullanılır. Betatronda olduğu gibi, yüksek hızlarda meydana gelen rölativistik (görelicil) kütle artışının, parçacığın açısal hızını azaltması etkisine, artan manyetik alan şiddeti karşı koyar. Manyetik alanın şiddeti artırılırken, aynı zamanda, havası boşaltılmış dairesel tüneldeki metal bir kovuğun uçlarına yüksek frekanslı bir elektrik alanı uygulanır. Bu frekans, kovuk içinden geçerken hızlanan elektronların sabit açısal frekanslarıyla eşanlı (senkron) tutulur. İstenen enerji düzeyine ulaşıldığında elektronlar dairesel yörüngeden saptırılarak dışarı alınır. Senkrotronla GeV (=giga elektronvolt = milyar elektronvolt) mertebesinde enerjilere ulaşılmıştır.
Bir Senkrotron özel bir dairesel parçacık hızlandırıcı çeşitidir. Siklotron kavramından üremiş olan senkrotronda, parçacıklara yön veren manyetik alan, artan kinetik enerjili bir parçacık ışınına senkronize (eş-zamanlı) olduğundan zaman-bağımlıdır.
Senkrotron, çok büyük tesislerin inşa edilmesine olanak veren ilk parçacık hızlandırıcı kavramlarından biriydi. Bunu ışın eğme, odaklama ve hızlandırmayı değişik kısımlara ayırarak başarmıştır.
İlk elektron senkrotronu Edwin McMilan tarafından 1945’de inşa edilmiştir. McMillan farkında olmasa da, senkrotronun ilkeleri Vladimir Veksler tarafından ilk defa Rusça bir bilimsel dergide basılmıştı. İlk proton senkrotronu Sir Marcus Oliphant tarafından dizayn edilmiş ve 1952’de inşa edilmiştir.
Çalışma Prensipleri
Relativistik parçacıklar için yörünge yarıçapı enerji ile artmaktadır. Pratikte, manyetik alanın üretilmesinde teorik bir limit vardır. Klasik mıknatıslarla 1.5 T, süper iletken mıknatıslarla B=5 T’ ya kadar çıkılabilmektedir. Bu, enerjinin 1 GeV’den büyük olduğu durumlarda yarıçapın birkaç metre büyümesi demektir ve böylesine hızlı bir artışı dengeleyecek bir mıknatısın üretilebilmesi neredeyse imkânsızdır. Bu nedenle parçacığın her defasında küçük saptırıcı mıknatıslardan geçtiği fakat sabit yörüngede dolandığı hızlandırıcı fikri ortaya atıldı. Yarıçap sabit olduğundan denklemine göre sabit olmalıdır. Başka bir deyişle B manyetik alanı enerji ile senkronize (eş zamanlı) olarak artmalıdır. Bu tip hızlandırıcılara “senkrotron” denir.
Senkrotron, parçacığı hızlandırmak için bir ya da birden fazla RF kaynağı bulundurabilir. Senkrotronun L çevresi, dalgaboyunun tam katı olmalıdır. (senkronizim koşulu). Parçacıklar ancak bu sayede her defasında aynı fazda hızlandırıcı bölgeye gelmektedir. Senkrotronlarda, eğer hızlandırılan parçacık elektron ise kendiliğinden elektromanyetik bir ışınım yayınlanmaktadır. Parçacığın enerjisi arttıkça yayınlanan radyasyonda artmaktadır. Senkrotronlar, parçacıkları E=0 dan başlayan bir enerjiyle hızlandıramamaktadır. Bunun nedeni, tam olarak B=0 dan çalışmaya başlayan ve lineer olarak artan bir mıknatısın üretilememesidir. Bu sorun, parçacığın ideal yörüngesinden sapmasına ve demetin kaybolmasına neden olur. Bu nedenle, parçacıkların senkrotrona gelmeden önce lineer hızlandırıcılarda belli bir enerjiye ulaşması sağlanır.
