protosincrotrone
FUNZIONAMENTO
Il principio su cui si basa il funzionamento degli elettrosincrotroni non si può applicare all'accelerazione dei protoni poiché la velocità di queste particelle aumenta con l' energia fino a qualche decina di GeV. La frequenza orbitale
dei protoni relativistici posti in un' orbita circolare diminuisce con l' aumentare dell' energia cinetica T: (c, velocità della luce; q, m0, carica e massa a riposo del protone; B, campo di guida.Quindi per avere una traiettoria stabile è necessario non solo aumentare il campo di guida B, per mantenere costante il raggio dell' orbita, ma anche modulare la frequenza d' oscillazione del campo elettrico per conservare il sincronismo di fase tra la frequenza di rotazione e la frequenza del campo elettrico
acceleratore.Il protosincrotrone è costituito in genere di quattro settori magnetici di 90 gradi circa, collegati da altrettanti raccordi rettilinei riservati all'iniezione delle particelle preaccelerate a qualche MeV da una macchina elettrostatica o da un acceleratore lineare, all' applicazione del campo elettrico acceleratore, al collocamento di elettrodi di misura del fascio, al bersaglio o al dispositivo di estrazione del fascio.
STORIA
Il primo progetto di un acceleratore a protoni con magnete anulare, a modulazione di frequenza del campo elettrico e a variazione periodica del campo d'induzione magnetica, venne formulato nel 1943 da M. L. Oliphant dell' Università di Birmingham in Gran Bretagna.
In questa stessa università egli diresse la realizzazione di un protosincrotrone di 1 GeV che entrò in servizio
nel 1953.Negli Stati Uniti gli studi sui protosincrotroni sono stati intrapresi nel 1947, a seguito del lavoro di McMillan, nei laboratori di Brookhaven e all'Università di Berkeley.
Ne risultò la costruzione del Cosmotrone di 3 GeV e del Bevatrone di 6,4 GeV, ultimati rispettivamente nel 1952 e nel 1954.
Altri protosincrotroni di questo tipo entrarono in servizio negli anni successivi: il Sincrofasotrone del centro di Dubna presso Mosca (10 GeV) in seguito convertito in acceleratore per ioni pesanti, il Saturne di Saclay in Francia (2,5 GeV) e il Nimrod di Harvell in Gran Bretagna (7 GeV).
L' introduzione del principio di focalizzazione forte a gradiente di campo alternato ha permesso di diminuire le instabilità orbitali e di migliorare le potenzialità dei protosincrotroni.
Sviluppato a Brookhaven nel 1952 da E. D. Courant e M. S. Livingston, il principio di focalizzazione forte a gradiente alternato ha consentito di costruire nuovi tipi di protosincrotroni, gli AGS.
Negli anni Sessanta i più grandi AGS erano quello del C.E.R.N., in funzione dal 1959 a Ginevra , con 28 GeV di energia, quello di Brookhaven, in funzione dal 1960, con 44 GeV di energia e quello di Serpuhov (Mosca) in funzione dal 1967 con 70 GeV; essi vengono utilizzati per lo studio delle particelle elementari e la spettrometria subnucleare.