Acceleratoare de Particule

Acceleratoare de particule

Problema energiilor mari

O data cu patrunderea in lumea microcosmosului, cercetatorii au avut de intampinat o situatie cu totul neobisnuita. Daca in lumea macroscopica, multe din informatiile asupra structurii obiectelor erau obtinute direct, prin observatii cu ochiul liber, explorarea structurii intime a materiei nu se putea face nici cu cele mai puternice microscoape. Ochiul nu poate distinge obiecte mai mici de 6-7 miimi de milimetru, iar microscoapele, nu pot permite observarea dimensiunilor mai mici de 0,5 miimi de milimetru, adica detalii de cca. 5.000 ori mai mari decat diametrul unui atom ii de 500 x 106 ori mai mari decat diametrul unui nucleu atomic…

Pentru studierea particulelor subnucleare, pentru investigarea proprietailor forelor nucleare, metodele care se folosesc ii in prezent constau in principal din procese de ciocnire, prin bombardarea nucleelor cu particule dotate cu energii suficient de mari pentru a putea patrunde nucleele atomice. {n acest fel studiind modalitaile in care are loc o interacie, in urma ciocnirii, se pot determina caracteristicile corpurilor care au luat parte, precum ii a forelor care intervin.

Energiile care se imprima particulelor-proiectil, sunt diferniate. Energia necesara pentru a “patrunde” in dimensiunea de 10-10 m este de 0,002 MeV, dar pentru a patrunde pana la nucleu (10-14 m) este nevoie de o energie de 10.000 de ori mai mare (20 MeV). In ce priveste patrunderea in intimitatea nucleului, la dimensiuni de 10-16 m, este nevoie de o energie de 2000 MeV (adica 2 GeV), iar pentru a ajunge in “interiorul” nucleonilor (10-18 m) este nevoie de energii de peste 200 GeV.

Desigur, pentru a putea efectua experiente in lumea subatomica sunt necesare instalatii in care sa fie produse particule-proiectil, apoi aceste particule sa fie organizate in fascicule de energii mari (adica sa fie accelerate) si, in fine, sa aiba o posibilitate de a pune in evidenta rezultatele interactiilor (detectoare de particule). Aceste instalatii numite acceleratoare, au insotit cu mult succes pe fizicieni in cercetarile lor, ramanand si in prezent principalul instrument de lucru in lumea microcosmosului.

Astfel a aparut o noua ramura a fizicii nucleare, cea a acceleratoarelor, in care tehnicienii, pentru a asigura un singur deziderat principal - fascicule de energii din ce in ce mai mari - au avut de invins obstacole deosebite.

Particulele care sunt accelerate in aceste instalatii pot fi, dupa caz : electroni, pozitroni, protoni, antiprotoni, deutoni, precum si nuclee ale unor elemente usoare sau medii. Totdeauna insa este vorba de particule ce poseda sarcini electrice, asupra carora pot actiona oportun forte electrice si magnetice, astfel incat sa le aduca la un nivel energetic ridicat. Neutronii, in schimb, sunt totdeauna produsi fie prin intermediul unor anumite reactii nucleare, fie prin bombardarea unor nuclee special alese cu proiectile convenabile.

Energiile la care s-a ajuns in zilele noastre, cu acceleratoare moderne, sunt de ordinul zecilor si sutelor de miliarde de electron-volti. De la instalatiile simple de accelerare, care puteau fi asezate pe o masa de laborator, s-a ajuns in zilele noastre la instalatii complexe uriase, extrem de costisitoare, care se intind pe zeci de hectare.

Din conditiile de realizare a reactiilor termonucleare rezulta ca este absolut necesar sa se evite pierderile de energie prin radiatie si prin scapari de particule accelerate, pentru a se putea acumula in masa de reactie energia calorica necesara “aprinderii” reactiei termonucleare. De la inceput trebuie sa constatam ca pierderile prin radiatie nu pot fi reduse prin metode electrice sau magnetice, deoarece fotonii, odata emisi, nu sunt influentatii de asemenea campuri de forta. Mai mult chiar, utilizarea ingradirii magnetice a plasmelor termonucleare duce la o “hemoragie” radianta suplimentara a reactorului termonuclear prin radiatia ciclotronica si sincrotronica ce ia nastere in aceste cazuri. Ramane deci numai psibilitatea de a reduce pierderile prin scapari de particule.

Utilizarea campurilor electrice pentru eliminarea pierderilor de particule, deci pentru ingradirea plasmei, nu este aplicabila din urmatoarele motive :

- din