Acceleratore lineare

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

Questa voce di fisica è solo un abbozzo: contribuisci a migliorarla secondo le convenzioni di Wikipedia.

Gli acceleratori lineari di particelle (o linac, da lin(ear) ac(celerator)) sono strutture in grado di accelerare particelle cariche^[1] ( protoni, elettroni, positroni, ioni pesanti, etc.), generate per mezzo di un cannone termoionico, un fotoiniettore o altri mezzi.

Un linac standard (così come un acceleratore circolare) viene assemblato come successione di diversi elementi in cascata.

Qualora la sorgente generi particelle in maniera continua, la prima parte dell'acceleratore sarà impiegata per la creazione di pacchetti (cioè piccoli gruppi) di particelle, mentre quella successiva sarà impegata per l'accelerazione vera e propria delle particelle.

[modifica] L'accelerazione

L'elemento accelerante è costituito da una cavità, divisa in un certo numero di sezioni, in cui si trova un onda elettrica a frequenza sincrona con il passaggio dei pacchetti.

Schema di un acceleratore lineare. Si veda il testo per spiegazioni.

Qui i campi elettromagnetici acceleranti vengono eccitati attraverso una guida d'onda che convoglia la potenza fornita da un klystron o Magnetron.

Si noti la differente lunghezza delle cavità (l'effetto è esagerato in figura): questo fatto si spiega semplicemente, considerando che più le particelle acquistano energia più esse aumentano la loro velocità.

Se l'onda accelerante deve essere sincrona con il passaggio delle particelle attraverso gli spazi tra le cavità^[2] è chiaro che le cavità devono essere tanto più lunghe quanto la velocità è elevata, per permettere alle particelle di restare in fase con l'onda (che ha una frequenza fissa). Chiaramente, poiché c'è un limite superiore alla velocità (la velocità della luce), le cavità, da un certo punto in poi, sono di lunghezza costante.

In pratica, poiché gli elettroni ragiungono velocemente la velocità della luce, le cavità di lunghezza differente sono le prime due o tre, le altre sono di lunghezza costante. La sezione con le cavità di lunghezza differente è detta buncher e, oltre ad accelerare gli elettroni, ha anche il compito di formare i pacchetti di particelle.

Altri elementi base di un linac sono magneti permanenti, come i quadrupoli, il cui compito è il focheggiamento trasversale del pacchetto di particelle, analogo a quello svolto da una lente in un sistema ottico.

[modifica] Applicazioni

Il compito di un linac storicamente è quello di creare un fascio idoneo ad essere iniettato in un acceleratore circolare (in cui ottenere collisioni per studi di fisica delle alte energie), o in anelli di accumulazione (ad es. per luce di sincrotrone).

Più recentemente i linac vengono utilizzati per scopi medicali, quali terapia antitumorale.

Coppie di acceleratori lineari di più alta energia sono utilizzati direttamente per generare collisioni di particelle, ad esempio a SLAC.

Linac di alta intensità vengono utilizzati come iniettori per i Free Electron Laser.

[modifica] Note

^ La forza elettrica agisce solo su particelle cariche: la forza elettrica su particelle neutre é nulla, per cui esse non possono essere accelerate.
^ Il campo elettrico all'interno delle cavità è nullo, in quanto esse sono costituite da un conduttore: è noto che il campo elettrico all'interno di un conduttore è sempre nullo, per cui l'accelerazione avviene nello spazio tra le cavità.