elettrosincrotrone
L' elettrosincrotrone consente di accelerare, entro un'orbita circolare di raggio pressoché costante, fasci di elettroni (iniettati con energia iniziale da 2 a 4 MeV e con velocità sensibilmente uguale alla velocità della luce) fino a energie di qualche GeV.
FUNZIONAMENTO
Per ottenere traiettorie circolari la ciambella nella quale circola il fascio è posta in un elettromagnete anulare il cui campo d' induzione varia periodicamente alla frequenza di qualche decina di hertz.
L' accelerazione è ottenuta mediante un campo elettrico a radiofrequenza applicato in un intervallo della traiettoria; se la frequenza è costante e uguale alla frequenza di rotazione f, con f=c/2pr (c, velocità della luce; r, raggio dell' orbita stabile), si hanno stabilità orbitale e stabilità di fase nell' intervallo in cui il campo d'induzione B passa da un valore minimo a un valore massimo.
Questi valori dipendono, dato il raggio della traiettoria, dall' energia cinetica T iniziale e finale degli
elettroni secondo la relazione T=cerB (e, carica dell' elettrone).Risulta da questa equazione che l' energia massima raggiungibile è funzione dell' induzione massima che si può ottenere e delle dimensioni dell' elettromagnete.
Inoltre, a energie di qualche GeV, si ha una limitazione essenziale a causa dell'emissione di radiazione dovuta alla forza di accelerazione centrale.
Questo effetto tende a frenare il fascio e provoca la dispersione di una frazione dell' energia acquisita.
Esso può essere compensato aumentando il numero delle cavità acceleratrici (16 nell' elettrosincrotrone di 6 GeV).
Il primo elettrosincrotrone (8 MeV) è stato costruito in Gran Bretagna per verificare il principio di stabilità di fase.
A McMillan è dovuto il primo a
cceleratore ad alta energia (320 MeV), ultimato all' Università della California nel 1949.Gli elettrosincrotroni attuali permettono di raggiungere energie dell' ordine di alcuni GeV.
Quello di Frascati al C.N.E.N. non più in funzione, produceva fasci di 1,6 GeV.
Le particelle venivano iniettate da un Van de Graaff di 2 MeV al ritmo di 20 Hz e accelerate da due cavità a radiofrequenza oscillanti a circa 10,8 MHz; il raggio dell'elettromagnete era di 3,60 metri.
L' introduzione del principio di focalizzazione forte a gradiente alternato permette di ridurre le dimensioni del magnete e l' apertura del traferro.
Si ottengono in tal modo energie maggiori e intensità di fasci comparabili a quelle degli acceleratori lineari.
APPLICAZIONI
I più grandi di questi acceleratori a gradiente alternato (AGS) sono stati costruiti a Cambridge negli Stati Uniti (il CEA di 6 GeV con un fascio di elettroni di 1 mA) e ad Amburgo in Germania (il DESY di 7,5 GeV); un AGS simile, di 6 GeV, è in funzione a Erevan in Armenia.