1 / 35

Detektory a Urýchlovace (3/3)

Detektory a Urýchlovace (3/3). Peter Chochula/Karel Šafařík (CERN) s pouzitím materiálov od O.Brüning, E.Wildner…. Úvod do urýchlovacov. Jednotky: Elektronvolt. Elektrónvolt, jednotka energie, oznacovaná ako eV, sa pouzivá pre malé energie:

orsin
Download Presentation

Detektory a Urýchlovace (3/3)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Detektory a Urýchlovace (3/3) Peter Chochula/Karel Šafařík (CERN) s pouzitím materiálov od O.Brüning, E.Wildner…

  2. Úvod do urýchlovacov

  3. Jednotky: Elektronvolt • Elektrónvolt, jednotka energie, oznacovaná ako eV, sa pouzivá pre malé energie: • 1 eV je definovaný ako energia dodaná castici s nábojom jeden elektrón (t.j. okolo 1.602·10-19 C) elektrickým polom s rozdielom potenciálov 1 Volt: • 1 eV = 1.602·10-19 joule • Vo fyzike castíc jednotka eV sa pouzivá taktiez ako jednotka hmotnosti, protoze hmotnost’ a energia sú úzko spojené Einsteinovým vzt’ahom: • E = mc2 • kde m je hmotnost castice a c je rýchlost’ svetla vo vákuu • Hmotnost’ elektrónu je okolo 0.5 MeV Úrýchlovanie Celková energia From Wikipedia

  4. Ked’ sú castice urýchelné ne velkú energiu, ich rýchlost’ v sa pribluzije rýchlosti svetla vo vákuu c: musíme zobrat’do úvahy relativistické efekty Relativita g = E/m b = p/E gb = p/m

  5. Preco urýchlovace?Preco stále vyssia energia? • Castice – vlny • Rozlisovacia schopnost’ je daná vlnvou dlzkou l = h / p (napríklad elektrónový mikroskop) • 200 MeV <-> 1 fm (10-13 cm) • 1 GeV <-> 0.2 fm • 100 GeV <-> 2 10-16 cm (LEP) • 10 TeV <-> 2 10-18 cm (LHC) Karel Safarik: Urychlovace

  6. Co urýchlovat’ ? • elektróny – pozitróny • Velmi dobré na objavy nových (neutrálnych castíc) • Najjednoduchsia interpretácia výsledkov • protóny (anti-protóny) • Tiez objavy nových castíc, ale energia “elementárnych” zrázajúcich sa objektov nie je fixovaná • Struktúra hadrónov • tazke iony (az po Pb) • Vysokoteplotná QCD, fázové prechody • Nahrievanie vákua Karel Safarik: Urychlovace

  7. Iris Katóda Elektrónový zväzok Vysoké napätie Najjednochsí zdroj – v podstate elektrónka Obrazovka (starých) televízorov – typický elektrónový urýchlovac na ~ 10 KeV Zdroje castíc: elektróny

  8. Duoplasmatron z CERNovskej Linac-Homepage Zdroje castíc: protóny Gas in Plasma Vylietavajúce ióny Anóda Katóda

  9. p p protóny Target Zdroje castíc: antiprotóny Zber antiprotónov a chladenie! Karel Safarik: Urychlovace

  10. + Sily pôsobiace na nabitú casticu Mení smer pohybu castice, nemení jej hybnost’ ! Lorentzova sila: Urýchluje castice !

  11. Lineárne urýchlovace Princíp urýchlovania: casovo meniace saelektrické pole Cirkulárne urýchlovace

  12. - V + Zjednodusený Linac Lineárne urýchlovace Castice sa zgrupujú dokopy (klobásky), aby sme zaistili, ze elektrické pole má správny smer v case ked klobáska prileti do danej ”medzery” Rýchlost’ castíc sa stále zvysuje, preto dlzka modulov sa zväcsuje tak, aby prilet castíc bol synchronizovaný zo smerom elektrického pola v danej medzere Linac Alvarez: Resonance tank

  13. Dostredivá sila=-Odstredivej sile: Kontinuálny tok castíc (nie klobásky) To isté, inak: Cyklotrón Frenkvencia nezávisí od polomeru, ale len v nerelatickej limite! Toto nie je pravda pri vysokých enrgiách ak prejdem so relativistického rezimu. Frenkvencia sa musí menit v závislosti na rýchlosti castic: synchrocyklotron.

  14. Skupiny castíc (klobásky) obiehajú synchrónne s radiofrkvencným polom v urýchlovacej kavite RF medzera - V + Kazdá castice obieha nedaleko ideálnej (teoretickej) orbity: aby toto fungovalo urýchlovanie a magnetické polia musia splnat’ kritéria stability Synchrotrón Magnet

  15. Dipolový magnet zatáca dráhu castíc v horizontálnej rovine (vertikálne pole) Dipól y x s (beam direcion) ”Magnetická rigidita”

  16. Castice musíme fukusovat’, aby zostali v urýchlovaci Podobne ako v optickom systéme Kvadrupól Fokusacia: Kvadrupól Kladný náboj pohybujúci sa smerom k nám: Defokusuje sa v horizontálnej rovine,fokusuje sa vo vertikálnej rovine. + +

  17. y (vertikála) Kvadrupól x (horizontála) Sila je úmerná vzdialenosti od stredu: Castice daleko od stredu magnetu sa zatácajú viac, dostanú vacsiu korekciu

  18. Fokusujúci systém ”Alternate gradient focusing” spravý celkový fokusujúci efekt (porovnajte napríklad s optickým systémom v kamerách) Zväzok potrebuje menej miesta vo vákuovej komore, amplitúdy sú mensie a pri rovnakom rozmere magnetov kvalita magnetického pola je lepsia (optimalizácia ceny) B D B Synchrotron: Magnety striedajú orientáciu kvadrupólového pola (F – fokusácia, D -defokusácia) (B – bending, zatocenie) F B

  19. Beam Position Monitors (monitory polohy zvazku) merajú polohu zvazku v blízkosti kvadrupólu, zvazok má prechádzat’ v prostriedku... Malé dipolové magnety sa pouzívajú na korekcie mozných chýb v pozícii zvazku. Korektory Iné typy magnetov sa pouzívajú na korekcie d’alsích chýb, napríklad ne-ideálnost’ magnetických polí

  20. Typy chýb, ktoré môzu ovplyvnit urýchlovací proces a musia sa korigovat’: Pohyb povrchu Zeme Vlaky... Mesiac Rocné obdobie Konstrukcné práce ... Kalibrácia magnetov je velmi dôlezitá Regulácia prúdu v magnetoch ... Energia castíc musí zodpovedat’ hodnote pola v magnetoch, aby castice zostali na svojej orbite. Kontrola urýchlovania! Mozné chyby

  21. Elektrické polia pre urýchlovanie Rezonancný obvod Kavita pre urýchlovanie

  22. Urýchlovacia medzera s RF napatím V t Toto zodpovedá elektrickému polu ktoré vidí referencna castica Prvá castica zvýsi enrgiu menej Urýchlovanie v synchrotrone Hybnost’ – Referencná hybnost’ RF fáza Skupina castíc (“bunch”, “klobáska”) “Bucket”: Energeticko-fázová podmienka stability

  23. Tercíkové: Bombardovanie materialu zvazkom vypusteným von z urýchlovaca. Bublinové komory Pouzitelnú energiu treba pocítat’ v t’aziskovom systéme (t.j. zrázajúce sa objekty) Zrázat’ castice je ovela výhodnejsie 1960: elektrón/pozitrónový zrázac 1970: protón antiprotónový zrázac 2000: ionový zrazac, Au (zlato) Experimenty

  24. Vsetky castice sa nezrázajú v ton istom case -> je potrebný dlhý cas • Potrebujeme dva zvazky • Anticastice sú odlisné (a drahé) na výrobu (~1 antiprotón potrebuje 106 protónov) • Zvazky sa navzájom ovplyvnujú: zvazky musia byt’ separované ked’ sa nezrázajú Zrázace

  25. Energie: Linac50 MeV PSB1.4 GeV PS 28 GeV SPS 450 GeV LHC 7 TeV Urýchlovace v CERNe

  26. LHC

  27. Luminozita Pocet bunchov (klobások) vo zvazku • Pocet castíc v bunchi (klobáske) (dva zvazky) Frekvencia otácania • Formfactor z uhla zvazkov • Emitancia Optická beta funkcia

  28. Synchrotrónny svetelný kuzel Dráha castice Synchrotrónne ziarenie Elektromagnetické vlny Urýchlované nabité castice vyzarujú fotóny Radio signály and Röntgennové lúce

  29. Vákuum • “Nabuptnanie” zvazku • Straty castíc • Neziadúce zrázky v experimentoch • Limitoje luminozitu

  30. Supravodivost’ Preco supravodivá magnety? Mensí polomer, mensi pocet castíc v urýchlovaci, mensí urýchlovac Setrenie energiou, ALE velmi komplexná infrastruktúra

  31. LHC dipóly (1232 + rezerva) vyrobené in 3 firmami (Nemacko, Francúzsko a Taliansko, velky high-tech projekt) Supravodivý dipól pre LHC

  32. Pracovná teplota 1.9 K ! • Najchladnejsie miesto vo vesmíre... LHC Dipól “Dva v jednom” konstrukcia

  33. LHC

  34. LHC

  35. Budúce urýchlovace

More Related