Материал портала ядерных знаний BelNET
статья/документ по запросу ресурса "1471"
2021-10-07 Предлагаем вниманию читателей портала BelNET статью на сайте Нобелевского комитета "Accelerators and Nobel Laureates" - "Ускорители и лауреаты Нобелевской премии".
Ускорители элементарных частиц - это устройства, генерирующие пучки высокоэнергетичных ионов и электронов, которые используются для множества различных целей, одной из которых является сверхточная микроскопия. Как известно, объекты размером до живой клетки исследуются с помощью оптических микроскопов, а объекты до атомных размеров - с помощью электронных микроскопов. Детали объекта, которые можно увидеть (разрешить), задаются длиной волны излучения. Чтобы проникнуть внутрь атомов и молекул, необходимо использовать излучение с длиной волны намного меньшей, чем размеры атомов. Нуклоны (протоны и нейтроны) внутри атомных ядер имеют размер около 10-15 метров и разделены расстояниями того же порядка величины. Электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер, а также кварки внутри нуклонов имеют размер, если таковой имеется, менее 10-18 метров. Они кажутся точечными. Зондирование частиц, таких как электроны и протоны, обеспечиваемых ускорителями частиц, необходимо для исследования атомных составных частей. Соответствующая длина волны де Бройля зондирующей частицы, а не «макроскопическая» длина волны определяет минимальный размер объекта, который может быть разрешен. Длина волны де Бройля обратно пропорциональна импульсу частицы. Например, если требуется, чтобы электрон имел длину волны де Бройля, сравнимую с размером нуклона, он должен иметь кинетическую энергию 1200 МэВ (для энергии электрона выше 10 МэВ кинетическая энергия пропорциональна импульсу). Эта энергия в несколько тысяч раз превышает типичную энергию электронов, используемых в электронных микроскопах. Единица МэВ, Миллион электрон-вольт, обозначает кинетическую энергию, которую частица с единичным зарядом приобретает после прохождения через падение напряжения в один миллион вольт. Помимо того, что это требуется для сверхточной субатомной микроскопии, частицы из ускорителей, сталкивающиеся с частицами-мишенями, могут привести к созданию новых частиц, которые приобретают свою массу из энергии столкновения в соответствии с формулой E = mc2. Таким образом, путем преобразования в массу избыточной кинетической энергии при столкновении могут быть созданы частицы, античастицы и экзотические ядра. Ускорители элементарных частиц не только уникальны как инструменты для исследования субатомного мира, но также используются во многих различных приложениях, таких как анализ и модификация материалов и спектрометрия, особенно в науке об окружающей среде. Около половины из 15 000 ускорителей в мире используются в качестве устройств для ионных имплантатов, модификации поверхности, а также для стерилизации и полимеризации. Ионизация, возникающая при остановке заряженных частиц в веществе, часто используется, например, в лучевой хирургии и терапии рака. В больницах для этого используется около 5000 ускорителей электронов. Ускорители также производят радиоактивные элементы, которые используются в качестве индикаторов в медицине, биологии и материаловедении. Все большее значение в материаловедении приобретают ускорители ионов и электронов, которые производят большое количество нейтронов и фотонов в широком диапазоне энергий. Например, четко определенные пучки фотонов все чаще используются в литографии для изготовления очень маленьких структур, необходимых в электронике. Дальнейшие подробности см. здесь. Портал BelNET обещает в дальнейшем продолжать рассматривать ускорительную тематику. Загрузить:
|
Вход, регистрация
