Suciu Daniel Prof. Driha Mariana Oros razvan Clasa a XII-a D

1. Acceleratorul de particule Suciu Daniel Prof. Driha Mariana Orosrazvan Clasa a XII-a D

2. Ce este un accelerator de particule? Un accelerator de particule este o instalaţie complexă folosită în domeniul fizicii de înaltă energie pentru a accelera particule elementare. Se accelerează în general doar particulele ce poartă sarcină electrică. Accelerarea are loc sub acţiunea unor câmpuri electrice şi magnetice. Este utilizat la studiul particulelor elementare şi al structurii nucleului atomic. Există o mare varietate de acceleratoare de particule, ele putând fi clasificate după în funcţie de forma traiectoriei fascicului de particule accelerate, caracterul câmpurilor acceleratoare, domeniul de energii imprimate particulelor şi în funcţie de natura particulelor accelerate. În acceleratoare este nevoie de asigurarea stabilităţii traiectoriei, adică menţinerea permanentă a particulelor aflate în procesul accelerării pe traiectorii care să nu permită abateri mari de la traiectoria de echilibru(sau de referinţă). Scopul accelerării particulelor: Sinteză (formare) de noi elemente cu ajutorul ionilor grei acceleraţi. Găsirea celei mai mici particule subatomice, particula care stă la baza Universului. Ciocnirea cu alte particule staţionare; ciocnire care rezultă în descompunerea în alte particule, ele putând fi urmărite şi analizate cu diverse aparate (exemplu: camera cu ceaţă). Prin această ciocnire s-au descoperit cele mai multe particule subatomice. Se accelerează particula la viteze tot mai mari pentru a se analiza comportamentul ei. Spre exemplu electronul accelerat îşi măreşte masa. Obţinerea unui flux extrem de ridicat de radiaţii X intr-o instalaţie acceleratoare denumită sincrotron. Aceleratorul de particule este inventat pentru a vedea ce s-a întamplat după primele secunde de la marea explozie cosmică Big-Bang.

4. a) Generatorul Van de Graaff este o masina electrostatica prin influenta, care permite producerea a milioane de volti. El este format dintr-o sfera metalica, goala in interior, de raza R, ce formeaza o cusca Faraday si care prin intermediul colectorului culege sarcinile de pe banda transportoare . Banda transportoare primeste, la randul ei, sarcina de la un generator obisnuit, de inalta tensiune (10 - 20 kV), prin intermediul unor varfuri ascutite . Pentru realizarea transportului, banda se confectioneaza din cauciuc sau un alt material izolant si este pusa in miscare de catre un motor electric, cu viteza constanta v. Sursa de inalta tensiune se aplica (borna pozitiva) unui sistem de varfuri ascutite, plasate in fata benzii transportoare, care, pe partea cealalta, are un electrod la borna negativa. In jurul varfurilor se produce un fenomen de ionizare intens, datorita campului electric foarte mare ce exista in preajma lor. Ca urmare, pe banda transportoare se vor proiecta ionii pozitivi respinsi de varfurile ascutite (efect Corona), fiind astfel antrenate cu viteza uniforma v, si dusa in interiorul sferei. Datorita efectului de cusca Faraday, sarcina se va raspandi pe suprafata sferei, de unde nu mai poate reveni. Sfera, avand o capacitate C (=4 0 R fata de Pamant), pe masura ce se va incarca cu sarcina electrica, isi va ridica tensiunea conform relatiei U=Q/C. Limita superioara pe care poate sa o atinga tensiunea este data pe deoparte de raza sferei, pe de alta parte de rigiditatea dielectrica a mediului in care este plasata sfera .

5. Generatorul Van der Graaff

6. b) Acceleratorul liniar face parte din grupul de acceleratori de rezonanta sau ciclici, deoarece accelerarea se face prin trecerea repetata a particulelor printr-o zona acceleratoare. Existenta unui astfel de ciclu va cere, dupa cum se va vedea, respectarea unei conditii de sincronism. Acceleratorul liniar este construit dintr-o incinta vidata, in care este plasata o sursa de ioni si o serie de cilindri metalici (tuburi de fuga), asezati unul dupa altul, centrati si de lungime crescanda. La capatul lor se aseaza tinta ce va fi bombardata. Alimentarea tuburilor se face de la o sursa de inalta frecventa si inalta tensiune. Accelerarea se petrece in zona dintre tuburi, iar in interiorul tuburilor particulele se misca liber. Conditia de sincronism se pune astfel: pentru a fi accelerata, particula trebuie sa gaseasca la iesirea din tub un potential accelerator .Cum viteza va creste la fiecare treapta de accelerare, rezulta ca lungimea acestor tuburi va trebui sa creasca in mod proportional, deoarece frecventa tensiunii aplicate este constanta.

7. c) Ciclotronul este tot un accelerator ciclic, de rezonanta in care particulele nu se misca rectiliniu, ci circular, folosindu-se in acest scop campuri magnetice omogene. Ca urmare, dimensiunea ciclotronului este mult mai mica ca a unui accelerator liniar. In centrul sistemului si in camp magnetic se gaseste o sursa de particule. Tot in acest camp se gasesc si doi electrozi de o forma speciala, numiti duanti (au forma asemanatoare literei D). Particulele sunt accelerate la trecerea intre duanti, iar in interiorul lor se misca liber, ca si in tuburile de fuga ale acceleratorului liniar. Conditia de sincronism va cere ca intotdeauna la iesirea din duant, particula sa aiba in fata polaritatea acceleratoare. Miscarea unei particule de masa m, sarcina q si viteza v, intr-un camp de intensitate B, se va face pe o traiectorie circulara de raza r, perioada T si pulsatia dete de relatiile r = m*v/(q*B); T=2* *m/(q*B); = q*B/m.

8. Pentru a accelera electroni, va trebui sa variem fie frecventa, fie campul magnetic, fie ambele, pe masura ce particula isi creste energia. Corespunzator celor trei situatii, vor exista trei tipuri de acceleratori: - sincrotronul , la care campul magnetic variaza, astfel incat raportul m*v/B sa fie constant; - sincrociclotronul (fazotronul), la care frecventa variaza, astfel incat produsul m*v*f sa fie constant; - sincrotronul de protoni (sincrofazotronul), la care se produce atat variatia frecventei, cat si variatia campului magnetic, astfel incat m*f/B sa fie constant.

9. Acceleratorul din laboratorul CERN • Cel mai mare acelerator de particule se află în laboratorul CERN, între Franţa şi Elveţia, marea parte aflându-se în Franţa. • Acest acelerator poate acelera atomi până la o viteză de 99,999999% din viteza luminii. • Tunelurile unde sunt băgate particulele se întâlnesc în 4 puncte.În unele zone ale acestor tunele pot atinge temperatura de 0 (zero) absolut(-273 °C) • Oamenii de ştiinţă vor ca prin unirea celor 2 particule să se genereze aşa-zisa "particulă a lui Dumnezeu"[1] • Aceleratorul de particule din laboratorul CERN este situat la câteva zeci de metri sub pământ întins pe o distanţă de 25km, şi au lucrat la el peste 7000 de savanţi şi fizicieni.

11. Uriasul accelerator de particule de la granita franco-elvetiana a recreat un mini Big Bang prin coliziuni de ioni de plumb, experiment in care s-au atins temperaturi de 10 trilioane de grade, de un milion de ori mai mari decat in centrul soarelui, scrie BBC. Seful proiectului spune ca experimentul reusit e un semn ca acceleratorul a atins maturitatea necesara pentru a realiza in anii urmatori ciocniri de electroni in cautarea "particulei lui Dumnezeu". Coliziunile de ioni de plumb facute la viteza apropiata de cea a luminii genereaza un sistem cu temperatura extrem de mare de cateva mii de milioane de grade apropiate de cele inregistrate la o milionime de secunda dupa nasterea universului acum 13,7 miliarde de ani. Acest sistem este ca o "minge de foc" numita plasma quark-gluon dupa numele celor doua particule (quarcii si gluonii) prezente in protonii si neutronii nucleului ionului de plumb. Exact aceasta plasma exista in primele momente dupa nasterea Universului, inainte ca materia sa fie in forma sa actuala, explica fizicianul Federico Antinori, citat de Le Monde. Studiind aceasta plasma, fizicienii spera sa afle mai multe despre asa-munita "Strong force" (Forta Nucleara Tare) care face ca protonii si neutronii sa ramana integri si stabili. Experimentul a trecut de o etapa importanta, iar dupa analizarea datelor colectate din aceste coliziuni si dupa ce acceleratorul va fi oprit intre decembrie si februarie se vor relua experientele de baza, cele de ciocnire a protonilor in incercarea gasirii bosonului Higgs. http://nature-talk.com/science/physics/large-hadron-collider-animation.html http://www.220.ro/documentare/Cum-Functioneaza-LHC/ewzNrtsHMl/

12. Bibliografie • www.wikipedia.org • www.e-referate.ro • www.practicalphysics.org • www.britannica.com • www.cst.com • www.zamandayolculuk.com • www.hotnews.ro • www.220.ro