เครื่องเร่งอนุภาค (2) |
||||
ส่วนประกอบภายในเครื่องเร่งอนุภาค ( Inside a Particle Accelerator) เครื่องเร่งอนุภาคทุกชนิดไม่ว่าแบบเชิงเส้นหรือแบบวงกลม มีส่วนประกอบหลักดังนี้ |
||||
|
||||
|
||||
แหล่งกำเนิดอนุภาค (Particle Source) ท่อทองแดง (Copper Tube) และ Klystrons แหล่งกำเนิดอนุภาค Particle Source particle source ทำหน้าที่ผลิตอนุภาคที่ต้องการเร่ง อนุภาคที่ใช้ ได้แก่ อิเล็กตรอน (electron) โปรตอน (proton) โพสิตรอน (positron) ซึ่งปฏิอนุภาค (antimatter particle) ที่มีคุณสมบัติแบบเดียวกับอิเล็กตรอน แต่มีประจุบวก ไอออน และนิวเคลียสของธาตุมวลหนัก เช่น ทอง ที่ SLAC มีปืนอิเล็กตรอน (electron gun) ที่ใช้เลเซอร์ยิงให้อิเล็กตรอน หลุดออกจากผิวหน้าของสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) จากนั้น อิเล็กตรอนจะเข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาคที่ส่วนของ linac |
||||
|
||||
ที่ SLAC สามารถผลิตโพสิตรอน (positron) โดยการยิงทังสเตน (tungsten) ด้วยลำอิเล็กตรอน ทำให้เกิดคู่ของอิเล็กตรอนกับโพสิตรอน (electron-positron pairs) จากนั้นจึงเร่งโพสิตรอน โดยการกลับขั้วของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ภายในเครื่องเร่งอนุภาค
ท่อทองแดง (Copper Tube) อุปกรณ์หลักอย่างหนึ่งของเครื่องเร่งอนุภาคคือ ท่อทองแดง (copper tube) ภายใน copper tube จะมีสภาวะที่เป็นสุญญากาศ (strong vacuum) เพื่อให้อนุภาคเคลื่อนที่ผ่านได้ ตัวท่อทำด้วยทองแดง เนื่องจากทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าและแม่เหล็กที่ดี ที่ SLAC linac มี copper tube มากกว่า 80,000 copper กระบอกเชื่อมต่อกันเป็นระยะทางยาวมากกว่า 2 ไมล์ หรือ 3.2 กิโลเมตร |
||||
|
||||
ท่อทองแดงจะเชื่อมกันเป็นชุดต่อเนื่อง (series of cells) ในแนวยาว เรียกว่า cavities ระยะระหว่าง cavities เรียกว่า spacing จะพอดีกับความยาวคลื่นของไมโครเวฟ spacing จะเป็นส่วนที่มีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กทุกๆ 3 cavities ลำอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนจะเคลื่อนที่ผ่าน cavities เป็นลำแบบห้วง (bunch) แต่ละห้วงจะพอดีกับเวลาที่สนามไฟฟ้าผ่าน cavities | ||||
|
||||
Klystrons Klystrons ทำหน้าที่ผลิตไมโครเวฟ ซึ่งคล้ายกับเตาไมโครเวฟที่ใช้ในครัว ต่างกันที่กำลังของ klystron ให้ไมโครเวฟมากกว่าประมาณ 1 ล้านเท่า ผลิตไมโครเวฟโดยการใช้ปืนอิเล็กตรอน (electron gun) เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าไปช่องว่าง (cavities) ของ klystron ซึ่งใช้ควบคุมความเร็ว อิเล็กตรอนที่ถูกลดความเร็วลงใน klystron จะคายรังสีออกมาในรูปของคลื่นไมโครเวฟ และจะถูกส่งไปยังส่วนของ copper waveguides ซึ่งเป็นท่อทองแดงในเครื่องเร่งอนุภาค Waveguides จะทำหน้าที่รักษาประสิทธิภาพของคลื่น ไม่ให้ลดความเข้มลง |
||||
|
||||
แม่เหล็ก ( Magnets) เป้า (Targets) และเครื่องตรวจวัดรังสี (Detectors) แม่เหล็ก Magnets |
||||
|
||||
แม่เหล็กจะทำให้เกิดสนามขึ้นภายในแกน แต่จะไม่มีแรงแม่เหล็กที่ตำแหน่งศูนย์กลาง ซึ่งลำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน ถ้าอิเล็กตรอนเบนออกไปจากศูนย์กลาง ก็จะถูกแรงแม่เหล็กผลักกลับเข้าหาศูนย์กลาง เมื่อจัดวางชุดแม่เหล็กให้สลับขั้วกัน อิเล็กตรอนจะถูกบีบเป็นลำไปตลอดช่วงความยาวของท่อ | ||||
|
||||
เป้า (Targets) เป้า (Target) จะแตกต่างกันไปในแต่ละการทดลอง บางครั้งอาจทำเป็นโลหะแผ่นบาง ในบางการทดลองอาจใช้ลำอนุภาคต่างชนิดกัน เช่น อิเล็กตรอน กับ โพสิตรอน เข้าชนกันภายในเครื่องตรวจวัดอนุภาค (detectors) เครื่องตรวจวัดรังสี (Detectors) |
||||
|
||||
cloud chamber detector บรรจุด้วยกาซที่อยู่ในสภาวะของไออิ่มตัว (saturated vapor) ไว้ภายใน chamber เมื่อมีอนุภาคพลังงานสูงเคลื่อนที่ผ่าน จะไปไอออไนซ์ไอที่อิ่มตัวนี้ ทำให้ควบแน่น และเห็นเป็นทางตามแนวที่อนุภาคเคลื่อนที่ผ่าน แบบเดียวกับที่เครื่องบินผ่านอากาศที่มีไอน้ำอิ่มตัว
เครื่องตรวจวัดแบบหนึ่งที่ติดตั้งที่ SLAC คือ SLAC Large Detector (SLD) ซึ่งเป็น solid-state detector ที่มีรูปร่างแบบถังหมักเหล้า (barrel-shape) ขนาดใหญ่ มีความสูงมากกว่า 6 ชั้น น้ำหนักมากกว่า 4,000 ตัน |
||||
|
||||
SLD เป็นเครื่องตรวจวัดแบบหลายชั้น (multi-layered detector) แต่ละชั้นจะทำหน้าที่แตกต่างกัน | ||||
|
||||
|
||||
ถอดความจาก How Atom Smashers Work www.howstuffworks.com |