به گزارش خبرنگار ایمنا، شتاب‌دهنده ذرات دستگاهی است که برای شتاب‌دادن ذرات بارداری از جمله اتم‌های یونیزه شده، مولکول‌ها، ذرات باردار یا قسمت‌هایی از مولکول با سرعت‌های بسیار بالا استفاده می‌شود؛ این دستگاه در زمینه‌های مختلفی از علم فیزیک کاربرد دارد و در فیزیک پزشکی به ویژه پزشکی هسته‌ای کاربردهای بسیار مهمی دارد.
این دستگاه برای تولید برخی رادیوایزوتوپ‌ها در پت اسکن از شتاب‌دهنده‌های مخصوصی در بیمارستان‌ها و مراکز استفاده می‌شود. در حال حاضر بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده جهان در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای که تحت عنوان CERN شناخته می‌شود، قرار دارد؛ این سازمان بزرگ‌ترین آزمایشگاه فیزیک ذره‌ای جهان است که در سال ۱۹۵۴ در بخش شمال‌شرقی شهر ژنو در کشور سوئیس و مجاور مرز فرانسه ایجاد شد. شتاب‌دهنده ذرات کاربردهای گوناگونی دارد و در انواع مختلفی ساخته شده است. برای بررسی بیشتر و شناخت انواع شتاب‌دهنده‌ها با احسان تمنده، کارشناس ارشد فیزیک سامانه‌های پیچیده گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:
شتاب دهنده ذرات چیست؟
شتاب‌دهنده ذرات دستگاهی است که با استفاده از آن می‌توان ذرات بارداری از جمله هسته اتم‌ها، اتم‌های یونیزه شده، ذرات بنیادی و مولکول‌ها یا قسمتی از آن‌ها را به وسیله میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی با سرعت بسیار زیادی شتاب داد که گاهی اوقات سرعت ذرات درون شتاب‌دهنده به سرعت نور نیز نزدیک می‌شود. در هنگامی که ذرات شتاب می‌گیرد به دلیل اینکه سرعت آن‌ها به سرعت نور نزدیک می‌شود؛ انرژی جنبشی ذرات نیز چندین برابر نسبت به حالت سکون افزایش می‌یابد.
کاربرد شتاب‌دهنده ذرات چیست؟
از شتاب‌دهنده ذرات در صنایع مختلف علم فیزیک استفاده می‌شود و مهم‌ترین کاربرد آن در اندازه‌گیری‌هایی است که در فیزیک هسته‌ای صورت می‌گیرد.
نحوه کارکرد شتاب‌دهنده ذرات چگونه است؟
در شتاب‌دهنده ذرات ابتدا به ذره شتاب داده می‌شود و سپس به سمت جسمی که قرار است پیرامون آن تحقیق شود، شلیک می‌شود. طی این عمل ذراتی از جسم مورد نظر که تحت عنوان Target شناخته می‌شود، پراکنده شده و دانشمندان می‌توانند توسط Detected (آشکارساز) داده‌هایی را از ذرات به‌دست آوردند و آن را محاسبه و ارزیابی کنند.
بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده ذرات متعلق به کدام سازمان است؟
بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده ذرات در سازمان پژوهش‌های هسته‌ای اروپا که تحت عنوان CERN (Conseil Européenne pour la Recherche) می‌شود، قرار دارد؛ این سازمان بزرگ‌ترین و یکی از معروف‌ترین آزمایشگاه‌های فیزیک ذره‌ای در جهان است که در شمال شرقی شهر ژنو سوئیس و مرز فرانسه قرار دارد.
سازمان CERN در چه حوزه‌ای فعالیت می‌کند؟
نزدیک ۲۰ کشور اروپایی عضو سازمان پژوهش‌های هسته‌ای CERN هستند و تعداد بسیاری کارمند نیز به صورت تمام وقت در این سازمان فعالیت می‌کنند؛ این سازمان بیش از هفت هزار دانشمند دارد که به نمایندگی حدود ۵۸۰ دانشگاه و مؤسسه از حدود ۸۰ کشور در حال فعالیت هستند. فعالیت اصلی سازمان CERN تهیه و ارائه شتاب‌دهنده ذرات و زیربناهای دیگری است که در پژوهش‌های فیزیکی انرژی بالا از آن‌ها استفاده می‌شود.
شتاب‌دهنده‌های ذرات چند نوع است؟
اصولاً شتاب‌دهنده‌های ذرات از نظر حالت به دو دسته خطی و دایره‌ای تقسیم‌بندی می‌شود که شتاب‌دهنده‌های خطی در مدل‌هایی مانند لیناک و واندوگراف‌ها شناخته می‌شود. شتاب‌دهنده‌های دایره‌ای نیز به گونه‌های بسیاری از جمله بتاترون، سیکلوترون، مایکروترون و سنکروترون تقسیم‌بندی می‌شود.
در ابتدا شتاب‌دهنده‌های ذرات به چه شکلی ساخته می‌شد؟
دانشمندان در ابتدا شتاب‌دهنده‌های خطی را ابداع کردند و تلاش داشتند با استفاده از این شتاب‌دهنده‌ها ذرات را شتاب دهند تا به انرژی‌های بالا دست‌پیدا کنند.
دلیل ساخت شتاب‌دهنده‌های دایره‌ای چه بود؟
با گذشت زمان دانشمندان متوجه شدند که شتاب‌دهنده‌های خطی محدود است و در صورتی که بخواهند به انرژی بسیار بالایی دست‌یابند، باید از شتاب‌دهنده‌های خطی بسیار بزرگی استفاده کنند؛ بنابراین دانشمندان به تغییر حالت شتاب‌دهنده‌های ذرات روی آوردند و طی سال‌های ۱۹۲۹ الی ۱۹۳۱ نخستین نمونه سیکلوترون که یک شتاب‌دهنده مارپیچ بود را اختراع کردند؛ این شتاب‌دهنده دارای مسیری مارپیچ بود که از دو نیم‌کره فلزی خلأ، صفحاتی برای تغییر ولتاژ و میدان مغناطیسی تشکیل می‌شد و ذرات نیز در این میدان مغناطیسی شتاب‌دار می‌شدند.
ساخت این شتاب‌دهنده باعث شد دانشمندان متوجه شوند که می‌توانند از شتاب‌دهنده‌های مارپیچ یا دایره‌ای به جای مسیرهای خطی استفاده کنند؛ این ایده که در سال ۱۹۳۹ جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد، باعث شد دانشمندان شتاب‌دهنده‌های بیسار بلند را کنار بگذارند و نمونه‌های به‌صرفه‌تری را ابداع کنند
به طور کلی هدف از ساخت شتاب‌دهنده ذرات چیست؟
هدف از ساخت و استفاده از مدل‌های گوناگون شتاب‌دهنده ذرات این است که قوانین بنیادی طبیعت را درک کنیم و اطلاعاتی از آغاز خلقت به‌دست آوریم؛ همچنین با دستیابی به اطلاعات در این زمینه می‌توان از ذرات بنیادی در حوزه‌های مختلفی از جمله صنعت و علم پزشکی استفاده کرد.
چرا دانشمندان برای شناسایی و بررسی ذرات بنیادی تلاش می‌کنند؟
به این دلیل دانشمندان با ساخت و استفاده از شتاب‌دهنده‌های ذرات گوناگون تلاش می‌کنند، ذرات بنیادی را شناسایی و مطالعه کنند که پس از انفجار بزرگ یا بیگ‌بنگ، ذرات آزاد تنها مواد موجود در کیهان بود و دانشمندان علاقه‌مندند با برخورد دادن ذرات با یکدیگر ساختاری مانند شرایط انفجار بیگ‌بنگ به‌وجود آورند و در آن شرایط ساختار ذرات را بررسی کنند؛ این عمل ممکن است به دانشمندان امکان بررسی چگونگی آغاز انفجار بیگ‌بنگ و شرایط خلقت را بدهد.
نظر شما