elektronsynkrotron

Elektronsynkrotronen er en syklisk akselerator. Partiklene holdes i en sirkulær bane av en ringformet magnet og akselereres ved at de beveger seg dels i et høyfrekvent elektrisk felt mellom en rekke elektroder, dels i feltfrie hulrom inne i elektrodene, på en slik måte at feltet skifter retning mens partiklene er i hulrommet og derfor kan akselerere dem hver gang de beveger seg fra en elektrode til den neste, på samme måte som i syklotronen.

Før elektronene bringes inn i sin bane i en elektronsynkrotron, må de akselereres til en energi på noen få MeV ved hjelp av en mindre akselerator. De beveger seg da nesten med lyshastigheten og øker siden ikke hastigheten vesentlig ved økende energi. Tiden mellom hver gang elektronene skal passere et mellomrom mellom to elektroder og feltet skifte retning, er derfor hele tiden den samme.

Elektronsynkrotronen arbeider derfor i motsetning til protonsynkrotronen ved en fast frekvens, mens magnetfeltet, som i protonsynkrotronen, må økes når partikkelenergien øker. Partiklene akselereres derfor i pulser med en repetisjonsfrekvens på 10 til 100 pulser per sekund. Elektroner som beveger seg i sirkler, vil alltid sende ut elektromagnetisk stråling, bremsestråling, som når den kommer fra elektroner i synkrotroner, kalles synkrotronstråling.

På grunn av den skarpe frekvensen har denne strålingen fått stor anvendelse spesielt innen molekylærfysikken. Ved økende energi øker synkrotronstrålingen, og blir etter hvert så sterk at den energi som for hvert omløp tilføres elektronene, forsvinner ut igjen umiddelbart. Dessuten vil en del av elektronene avgi så mye energi at de forsvinner ut av strålen, slik at den gradvis svekkes. I praksis er grensen for den energien som kan oppnås ved en elektronsynkrotron cirka 20 GeV. Synkrotronen som er bygget ved Cornell University, USA, gir en elektronenergi på 12 GeV. Akselerasjonskanalen består av 96 magneter i en ring med radius 120 meter.

En modifikasjon av elektronsynkrotronen er elektron-positron-kollisjonsmaskinen. Her akselereres først elektroner og positroner hver for seg i en tradisjonell elektronsynkrotron. Etter hver akselerasjonsperiode ledes strålen inn i en såkalt lagringsring, en ringmagnet med meget stor radius, hvor partiklene, for å kompensere for synkrotronstrålingen, tilføres energi på samme måte som i synkrotronen, men i mindre mengde fordi baneradien er større.

Når elektronene og positronene ledes inn i motsatte omløpsretninger, vil de også fortsette å bevege seg i samme bane og tilføres energi på samme måte inne i lagringringsringen. Etter en passende oppsamlingsperiode for hver partikkeltype, økes energitilførsel og magnetfelt slik at partikkelenergien tiltar betydelig. Under lagrings- og akselerasjonsperioden holdes elektron- og positronbanene litt atskilte. Når maksimal energi er oppnådd, ledes de to strålene mot hverandre og man får en kollisjon hvor partiklenes fulle kinetiske energi utnyttes.

En slik elektron-positron-kollisjonsmaskin, LEP (Large Electron-Positron Collider) var i bruk ved CERN i perioden 1989 til 2000.

• akselerator
• syklotron
• elektromagnetisk stråling