Akselerator er en fellesbetegnelse på apparater som brukes til å gi elektrisk ladde atomære partikler store hastigheter.
Flere akseleratorer består av to hoveddeler: ionekilden og akselerasjonsdelen. I ionekilden frigjøres elektrisk ladde partikler: elektroner, protoner, deuteroner, alfapartikkler eller ioner av tyngre atomer. I akselerasjonsdelen påvirkes disse partiklene av elektriske krefter slik at hastigheten og dermed bevegelsesenergien stadig øker.
Etter formen på banen partiklene beveger seg i når de akselereres, får man to typer akseleratorer (se figur): lineære der banen er rettlinjet, og sykliske, der banen er sirkulær eller spiralformet.
Man bruker også inndeling etter akselerasjonsmåten, og da i hovedtypene elektrostatiske og elektrodynamiske akseleratorer. I de elektrostatiske akselereres partiklene ved at de trekkes fremover av et konstant elektrisk felt. Slike akseleratorer er alltid lineære, og feltet frembringes ved at den ene enden av akselerasjonsrøret gis meget høy spenning, fra noen hundretusen til noen millioner volt.
I Cockcroft-Walton-generatoren frembringes høyspenningen ved hjelp av transformator og likerettere. Denne akseleratoren, oppfunnet i 1930, var den første som ble brukt til kjernefysiske undersøkelser. Den nyttes fremdeles når det gjelder å skaffe en sterk strøm av partikler med moderat energi, mindre enn 1 MeV.
En annen type av de elektrostatiske akseleratorene, Van de Graaff-akselerator, blir vanligvis brukt når man vil ha partikler med høyere energier, opp til 40 MeV. Denne typen elektrostatisk akselerator har derfor etter hvert fått større anvendelse.
Av de elektrodynamiske akseleratorer bygger betatronen på induksjonsprinsippet (transformatorprinsippet), mens de fleste andre akseleratorene bygger på bærebølgeprinsippet (syklotronprinsippet) hvor partiklene akselereres i et høyfrekvent elektromagnetisk felt. Feltet skifter stadig retning, og for å få akselerert partiklene lar man dem bevege seg gjennom skjermede områder som hvert er begrenset av åpne gap.
Ved å tilpasse lengden av gapene og de skjermede områdene til den frekvensen feltet svinger med, kan man oppnå at en del av de partiklene som bringes inn i akselerasjonsområdet, bare blir påvirket av krefter i bevegelsesretningen og derfor stadig får større energi. Akseleratorer som bygger på dette prinsippet er syklotronen, synkrotronen og lineærakseleratoren.
En akselerator er et nødvendig redskap for fysikerne når de vil skaffe seg opplysninger om atomkjernenes og elementærpartiklenes struktur. Kunnskapene innen disse områdene av fysikken har økt med effektiviteten av akseleratorene.
De første akseleratorene var, sett med nåtidens øyne, små. Elektrostatiske akseleratorer fra begynnelsen av 1930-årene var ca. 2 m lange og akselererte protoner til en energi på under 0,5 MeV, mens nye van de Graaff-akseleratorer, bygd i trykktanker opptil 30 m lange, gir protonenergier på over 40 MeV. Enda sterkere har utviklingen av de sykliske akseleratorene vært.
I 1930-årene bygde man syklotroner for en protonenergi på 7–8 MeV og med en maksimal baneradius på 0,5 m. Siden har en for hvert tiende år klart å øke partikkelenergien med en faktor på 10.
Den energien partiklene til slutt oppnår, brukes også som mål for akseleratorens størrelse. Energien angis i elektronvolt (eV), oftest i forbindelse med prefiksene:
Den største protonakseleratoren var frem til 2009 Tevatronen ved Fermi-laboratoriet i Illinois, USA, konstruert for å gi protonenergier på opptil én TeV. LHC-akseleratoren (Large Hadron Collider) ved CERN ble startet opp i 2008. Denne maskinen gir protonenergier på 8 TeV. Utviklingen er blitt mulig ved at partikkelbanene gjøres lengre og nye magnettyper tas i bruk. Spesielt gikk man i 1980-årene over til å benytte superledende magneter. Partikkelbanen er for Tevatronen (inaktiv siden 2011) vel 6 km og for LHC 27 km.
Selv om akseleratorene historisk sett primært har vært utviklet for forskning innen kjernefysikk og elementærpartikkelfysikk, har de etter hvert funnet anvendelse innen mange andre områder. Mindre akseleratorer for elektroner, protoner og alfapartikler brukes til strukturundersøkelser av faste stoffer.
Elektronakseleratorer, særlig betatronen, og store protonakseleratorer brukes for strålebehandling i medisinen. Dessuten brukes akseleratorer til å produsere radioaktive nuklider som anvendes ved undersøkelser og behandling av pasienter innen medisin, i industrien og for teknisk, kjemisk og biologisk forskning.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.