lineærakselerator

I den opprinnelige utforming av lineærakseleratoren lot man partiklene skiftevis bevege seg i feltfrie hulrom inne i metallsylindrer og i felt fra sylinder til sylinder. Sylindrene var koblet annenhver til hver sin kondensatorplate i en svingekrets og feltet skiftet derfor retning i takt med svingningene. Ved å velge passende lengde av sylindrene kunne man oppnå at feltet forandret retning hver gang partiklene var inne i et hulrom. De partiklene som var kommet i bevegelse i riktig fase, ble akselerert hver gang de gikk fra en sylinder til den neste. Dette resonansprinsippet minner meget om det prinsippet syklotronen arbeider etter.

Maskiner av denne typen ble først foreslått av den svenske fysikeren Gustav Ising i 1924. Den første lineærakseleratoren i funksjon ble laget av nordmannen Rolf Widerøe i 1928, men først etter den annen verdenskrig klarte man å lage oscillatorer med så høye frekvenser at man kunne komme opp i energier av interesse i kjernefysikken.

Nye lineærakseleratorer er utformet etter et annet prinsipp. Man benytter ikke feltet mellom to ledere, men elektromagnetiske bølger som oppstår som hulromssvingninger inne i en leder. For partikler som beveger seg med hastigheter vesentlig mindre enn lyshastigheten, benytter man stående bølger i en rekke hulrom. Disse er skilt fra hverandre med feltfrie mellomrom, drivlengder, som etter hvert som partikkelhastigheten øker langs røret, er gjort stadig lengre, slik at partiklene kan bevege seg inn og ut av hulrommet i fase med svingningene, og stadig akselereres. Lineærakseleratorer med stående bølger, også kalt linac, kan brukes til å akselerere protoner til en energi på ca. 100 MeV. De brukes som forakselerator til store protonsynkrotroner. De brukes også for å akselerere tunge ioner til en energi på ca. 10 MeV per nukleon.

For partikler som beveger seg med en hastighet nær lyshastigheten, brukes et annet prinsipp. Man lar partiklene følge med eller ri på en bærebølge, slik at den elektriske feltvektoren i bølgen stadig akselererer dem. Hastigheten av bærebølgen kan ved utforming av bølgelederen tilpasses partikkelhastigheten på ethvert sted. De er best egnet for akselerasjon av elektroner. En kjempeakselerator av denne typen er bygd ved Stanford University i California. Den akselererer elektroner til en energi på 20 GeV (gigaelektronvolt = 10⁹ eV). Maskinen, som ble tatt i bruk 1966 og går under betegnelsen SLAC (Stanford Linear Accelerator), har en total lengde på 3 km.

Denne maskinen ble siden utbygget til Stanford Linear Collider (SLC), der den lineært akselerte strålen ble ekstrahert og avbøyd i to forskjellige strålerør, som møttes i et kollisjonspunkt. Denne maskinen var i drift i perioden 1989–1998. I motsetning til situasjonen i sirkulære kollisjonsmaskiner, som LHC på CERN, fikk de akselererte partiklene bare en mulighet til å kollidere før strålen ble dumpet. Det var derfor nødvendig å utvikle svært nøyaktig fokusering av strålen for å oppnå tilstrekkelige kollisjonsrater. På den annen side unngå problemet med synkrotronstråling under akselerasjon og lagring av strålen. For elektronmaskiner ved høy energi er dette energitapet betydelig, og neste generasjon partikkelakselerator etter LHC, planlegges bygd som en lineær kollisjonsmaskin (ILC – International Linear Collider).

En fordel med lineærakselerator sammenliknet med sykliske partikkelakseleratorer (formet som en ring), er at det er mulig å gi partiklene en høyere kinetisk energi. Dette kommer av begrensningen i styrken til det magnetiske feltet som er påkrevd ved bruk av sykliske partikkelakseleratorer for å holde partiklene i sin bane.

• akselerator
• syklotron
• kjernefysikk

• SLAC – Stanford Linear Accelerator Centre
• International Linear Collider