Paprsek částic - Particle beam
 | tento článek potřebuje další citace pro ověření. (Listopadu 2008) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
A paprsek částic je proud účtováno nebo neutrální částice, v mnoha případech pohybující se poblíž rychlost světla.
Mezi vytvořením a kontrolou je rozdíl paprsky nabitých částic a paprsky neutrálních částic, protože pouze první typ může být v dostatečné míře manipulován zařízeními založenými na elektromagnetismus. Manipulace a diagnostika paprsků nabitých částic při vysokých kinetických energiích pomocí urychlovače částic jsou hlavní témata fyzika akcelerátoru.
Zdroje
Nabité částice jako elektrony, pozitrony, a protony mohou být odděleny od jejich společného okolí. Toho lze dosáhnout např. termionická emise nebo obloukový výboj. Jako zdroje pro svazky částic se běžně používají následující zařízení:
- Iontový zdroj
- Katodová trubice, nebo konkrétněji v jedné z jeho tzv. částí elektronová zbraň. To je také součástí tradičních televizních a počítačových obrazovek.
- Fotokatody mohou být také zabudovány jako součást elektronová zbraň, za použití fotoelektrický efekt oddělit částice od substrátu.[1]
- Neutron paprsky mohou být vytvářeny energetickými protonové paprsky jaký dopad na cíl, např. z berylium materiál. (viz článek Částicová terapie )
- Prasknutí petawattového laseru na a titan fólie k výrobě protonového paprsku.[2]
Manipulace
Akcelerace
Nabité paprsky mohou být dále zrychleny použitím vysoce rezonančních, někdy také supravodivé, mikrovlnné dutiny. Tato zařízení urychlují částice interakcí s elektromagnetické pole. Protože vlnová délka dutých makroskopických, vodivých zařízení je v rádiová frekvence pásmo, konstrukce takových dutin a dalších RF zařízení je také součástí fyziky urychlovače.
Poslední dobou, zrychlení plazmy se ukázala jako možnost urychlit částice v plazmatickém médiu pomocí elektromagnetické energie pulzního vysokého výkonu laser systémy nebo kinetická energie jiných nabitých částic. Tato technika je ve vývoji, ale v současné době nemůže poskytnout spolehlivé paprsky dostatečné kvality.
Vedení
Ve všech případech je paprsek řízen dipólovými magnety a zaostřen čtyřpólovými magnety. S konečným cílem dosažení požadované polohy a velikosti bodu paprsku v experimentu.
Aplikace
Fyzika vysokých energií
Využívají se paprsky částic s vysokou energií částicová fyzika experimenty ve velkých zařízeních; nejběžnějším příkladem je Velký hadronový urychlovač a Tevatron.
Synchrotronové záření
Elektronové paprsky se používají v synchrotronových světelných zdrojích k produkci elektromagnetického záření s kontinuálním spektrem v širokém frekvenčním pásmu, které se nazývá synchrotronové záření. Toto záření lze použít při paprskové linie synchronizačního kruhu pro různé experimenty.
Částicová terapie
Paprsky energetických částic sestávající z protony, neutrony nebo pozitivní ionty (nazývané také částice mikroby ) lze také použít k léčbě rakoviny v částicové terapii.
Astrofyzika
Mnoho jevů v astrofyzice se připisuje částicovým paprskům různých druhů. Snad nejznámější z nich je sluneční Rádiový záblesk typu III, kvůli mírně relativistickému elektronovému paprsku.
Válečný
Ačkoli částicové paprsky jsou možná nejvíce skvěle použity jako zbraň s řízenou energií systémy v sci-fi, Spojené státy. Agentura pro pokročilé výzkumné projekty začal pracovat na zbraně s paprskem částic v roce 1958.[3] Obecnou myšlenkou takových zbraní je zasáhnout cílový objekt proudem zrychlených částic s vysokým Kinetická energie, který je poté přenesen na molekuly cíle. Síla potřebná k promítnutí vysoce výkonného paprsku tohoto druhu předčí produkční schopnosti jakékoli standardní pohonné jednotky na bojišti,[3] nepředpokládá se tedy, že tyto zbraně budou v dohledné budoucnosti vyrobeny.
Kolonizace Marsu
Protonové paprsky, například „protonové paprsky generované laserem“[4] lze použít jako způsob generování vodík pro výrobu voda na planetách, jako např Mars, kde je vodík vzácný a kyslík je relativně bohatá na atmosféru v podobě CO2. V ekonomice na Marsu, kde by počáteční náklady na vodu byly velmi vysoké kvůli nákladům na dopravu ze Země na Mars, stroj, který může generovat vodík pomocí jaderná alchymie, tj. Konverze titanu na vodíkové ionty pomocí petawattových laserů je například ekonomická a může být ve skutečnosti levnější a rychlejší než transport vody ze Země na Mars, pokud je technologie plně vyvinuta.[5]
Viz také
Reference
- ^ T. J. Kauppila a kol. (1987), Pulzní elektronový injektor využívající kovovou fotokatodu ozářenou excimerovým laserem, Proceedings of Particle Accelerator Conference 1987
- ^ Petawattové protonové paprsky na Lawrencea Livermora
- ^ A b Roberds, Richard M. (1984). „Představujeme zbraň s paprskem částic“. Recenze letecké univerzity. Červenec srpen. Archivovány od originál dne 17. 4. 2012. Citováno 2005-01-03.
- ^ Petawattové protonové paprsky na Lawrencea Livermora
- ^ Multi-planetary Society, sv. 23, jaro 2018