FISIKA INTIPROTON SYNCOTHRON DAN GRADIEN FOKUS AKSELERATOR

Disusun oleh:

MurawanK2312046Mustofa NafisK2312048Mutmainah RK2312048

Pendidikan Fisika 2012 A

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA2015

PROTON SYNCOTHRON DAN GRADIEN FOKUS AKSELERATOR

Gambar 14.11 menunjukkan sebuah diagram muka kutub dan ruang vakum untuk MIT Electron synchroton.2. Proton SyncrothonTidak seperti electron, proton dapat dipercepat hingga energy yang cukup besar. Ini disebabkan karena massanya yang besar, yang berimplikasi pada energi yang hilang tidaklah cukup besar hingga mencapai energi yang cukup besar 10 Bev.Meskipun memiliki prinsip yang sama, desain dan konstruksi proton synchroton sangat berbeda dari electron syncroton. Prinsip dari keseimbangan fase telah diaplikasikan. Magnet yang digunakan dalam bentuk cincin. Ini diperkuat secara siklik dengan pulsa arus, jadi medan magnetik pada orbit meningkat selama dipercepat dari nilai rendah selama injeksi partikel menuju nilai maksimum pada loncatan dengan energi akhir. Kamar vakum dalam bentuk kue donat. Partikel berosilasi pada sekitar orbit kesetimbangan diantara kutub dari magnet bentuk cincin didalam ruang vakum. Tidak seperti electron, proton selama proton menerima energy, kecepatan dan frekuensinya meningkat. Ini disebabkan karena proton tidak mencapai kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya untuk energi yang rendah (v=0,98C for 2000 Mev). pada kasus electron, frekuensi nya constan ( f = c/2R), tetapi pada proton ini mungkin akan berubah dengan faktor 10 selama dipercepat.Dengan demikian frekuensi yang digunakan medan listrik juga harus meningkat. Dengan tujuan untuk menstabilkan fase. Frekuensi orbit harus cocok dengan frekuensi yang digunakan dari medan listrik tersebut dan proton harus dipercepat ketika medan magnet menigkat atau naik. Hal ini membutuhkan aplikasi dari sebuah penentuan ketepatan dari pengaturan frekuensi modulasi.Sebuah berkas proton berenergi rendah diperoleh dari sebelum percepatan dan dimasukkan ke dalam sebuah orbit ketika medan magnet akan membuat proton bergerak ke orbit yang tepat . setelah proton mencapai energi maksimal, orbit mengalami penyimpangan dan berkas proton (dalam bentuk sebuah ledakan) itu terlepas oleh sebuah alat pelempar (ejection).Terdapat sekitar selusin proton syncontrons di dunia saat ini yang digunakan untuk penelitian. Energi tertinggi dari proton syncontrons adalah 10 Bev syncrophasotron yang terdapat di Dubna di USSR. Bevatron pada Lawrence radiation Laboratory, Berkeley, California menghasilkan 6,3 Bev proton. Gambar 14.12

Gambar 14.12 sketsa cosmotron dari Brookhaven National Laboratory yang menghasilkan 3 Bev proton.Gambar 14.12 menunjukkan sketsa cosmotron dari Brookhaven National Laboratory yang menghasilkan 3 Bev proton. cosmotron dari Brookhaven National Laboratory memiliki magnet dengan bobot 2000 ton dan memilik diameter maksimal 75 feet. Magnet tersebut tersusun dari sebuah cincin baja dengan ukuran 8 feet dimana terdapat 8 feet pada penampang melintangnya. Magnet tersebut tebagi menjadi 4 kuadran terpisah dengan jarak 10 kaki. Proton dengan energi 3,5 Mev digetarkan kedalam synchrotron dalam waktu yang bersamaan dengan medan magnet sekitar 300 gauss. Nilai maksimum dari medan magnet mencapai 14.000 gauss. Sumber r-f merupakan sebuah rongga resonansi frekuensi tinggi yang menghasilkan sekitar 3000 v per putaran dan termodulasi dari 0.37 mc hingga 4.20 mc per detik. Untuk mencapai energi maksimum, proton tersebt membuat seitar 3 juta putaran. 6. GRADIEN FOKUS AKSELERATORAkselerator linear menggunakan partikel bermuatan, partikel yang dekat dengan garis lurus sepanjang jalur untuk menjadi gerakan semakin dipercepat dan karena itu membutuhkan energi yang tinggi ketika pedal gas untuk jarak jauh dalam garis lurus. Apakah ada cara untuk secara drastis mengurangi ukuran pedal gas lakukan? Cara untuk mengatakan itu juga sangat sederhana, jika trek lurus ke orbit melingkar atau spiral lingkaran orbit sekitar berulang kali dipercepat, sehingga Anda dapat semakin dipercepat untuk resonansi energi tinggi, sedangkan ukuran pedal gas juga dapat sangat berkurang.Lawrence mengusulkan peningkatan medan magnet siklotron dua setengah lingkaran, partikel bermuatan tidak lagi dalam garis gerakan lurus sepanjang garis spiral gerakan orbital yang sama, yang membuat transformasi akselerator listrik tidak akan menghasilkan begitu lama kerugian energi listrik, merupakan penemuan desain yang sangat dipahami. Dibangun pada tahun 1931 siklotron pertama, diameter magnet sekitar 10 cm, dengan 2 kV tegangan percepatan, deuteron dipercepat hingga 80keV, menegaskan prinsip kerja siklotron layak. Pada tahun 1932 mereka membangun diameter tiang 27 cm siklotron, proton dapat dipercepat hingga 1MeV.Cyclotron adalah kutub elektromagnet silinder, dua kutub distribusi hampir seragam antara medan magnet yang dominan. Medan magnet konstan dan tidak berubah dengan waktu. Dalam medan magnet, partikel bermuatan bergerak sepanjang orbit melingkar, energi partikel terus membaik, radius kelengkungan lintasan juga terus membaik, gerakan orbital mirip dengan spiral datar.Antara dua kutub adalah ruang vakum. Kotak kosong yang dilengkapi dengan dua elektroda logam setengah lingkaran berbentuk, yang dikenal sebagai "elektroda D-berbentuk." Elektroda D berbentuk terhubung ke output daya tinggi, dua kesenjangan D-berbentuk antara elektroda (percepatan gap) medan listrik frekuensi tinggi. Sumber partikel dipasang di tengah kekosongan ruang akselerasi kesenjangan. D-berbentuk elektroda dalam ada medan listrik frekuensi tinggi dari partikel ke elektroda D berbentuk dipercepat dalam lagi, mengarah pada medan magnet konstan dalam gerakan melingkar. Selama partikel percepatan manuver setengah lingkaran tegangan waktu setengah siklus sama dengan integer ganjil kelipatan kecepatan resonansi dapat diperoleh. Dengan ekspresi yang dapat dinyatakan sebagai:Tc = KTrtDimana Tc adalah periode partikel berputar-putar, Trt adalah periode tegangan percepatan, K harus integer aneh. Seperti penggunaan medan magnet aksial dari partikel bermuatan melakukan gerak siklotron, partikel dipercepat secara periodik oleh medan listrik frekuensi tinggi dapat dibagi menjadi dua kategori siklotron:a) Kategori pertama adalah ada mekanisme otomatis untuk menstabilkan fase. Isochronous siklotron adalah untuk jatuh ke dalam kategori ini. Elektroda D berbentuk ditambah frekuensi tetap frekuensi tinggi mempercepat medan listrik, partikel energi rendah, frekuensi siklotron dan frekuensi tinggi resonansi medan listrik dapat dipertahankan, dan ketika energi yang tinggi, frekuensi siklotron partikel akan meningkat dan lebih dan dengan energi yang rendah medan listrik frekuensi tinggi pada akhirnya tidak bisa lagi percepatan resonan. Untuk mengatasi kesulitan ini, Anda dapat membuat peningkatan bertahap dalam medan magnet sepanjang arah radial untuk mempertahankan partikel frekuensi siklotron konstan. Namun, meningkatkan medan magnet dalam arah radial dari sumbu balok partikel tetapi menyebabkan penyebaran. Untuk mengatasi masalah ini, pada awal tahun 1960 berhasil mengembangkan sektor difokuskan siklotron, tiang terpasang pada batas atas halus melengkung sektor menjadi besi spiral, dapat menghasilkan medan magnet sepanjang variasi azimut, bahkan dipercepat aksial partikel berfokus , dan medan magnet meningkat dengan peningkatan radius, untuk memastikan frekuensi konstan rotasi partikel, rotasi waktu yang konstan, yang disebut siklotron isochronous.b) Kategori kedua adalah fase mekanisme otomatis metastabil. Akselerator jenis ini adalah: (1) akselerator fase stabil, (2) sinkrotron, (3) siklotron.Menjaga medan magnet aksial konstan, meninggalkan frekuensi yang mempercepat bidang frekuensi frekuensi siklotron sebagai penurunan partikel secara bersamaan berkurang, sehingga dikenakan resonansi partikel dapat terus dipercepat. Akselerator seperti atau fase metastabil, juga dikenal sebagai FM siklotron akselerator. Fase metastabil setelah menggunakan mekanisme otomatis, dalam teori, proton dapat dipercepat untuk energi tinggi terbatas, namun karena alasan teknis dan ekonomi, yang terbesar dalam sejarah stasioner akselerator energi fase hanya mencapai 700MeV. Jenis akselerator digunakan untuk mempercepat proton, deuteron dan beberapa digunakan untuk mempercepat doped, partikel dan bahkan ion nitrogen.

A. SinkrotronAkselelator yang dibangun dalam bentuk melingkar, dimana partikel bergerak melingkar beberapa kali lalu keluar dengan kecepatan tinggi.Untuk membuat suatu benda bergerak melingkar, harus ada gaya konstan yang bekerja pada benda yang arahnya menuju ke pusat lingkaran. Dalam akselelator melingkar, medan listrik membuat partikel bermuatan dipercepat, dan medan magnet membuat partikel memiliki gaya konstan sehingga partikel bergerak dengan lintasan melingkar. Adanya medan magnet tidak menambah atau mengurangi energi dari partikel, hanya agar partikel bergerak melingkar. Magnet juga digunakan untuk mengarahkan berkas partikel bermuatan menuju target dan memfokuskan berkas partikel. Fungsi magnet disini seperti lensa optik untuk memfokuskan sinar. Dibawah ini adalah skema akselelator melingkar. Keuntungan akselelator melingkar dibandingkan dengan akselelator linier adalah partikel dalam akselelator melingkar bergerak melingkar beberapa kali sehingga partikel mendapatkan energi berkali-kali di setiap putarannya. Sehingga akselelator melingkar ini menghasilkan energi yang sangat tinggi tanpa harus melewati akselelator yang sangat panjang seperti pada linacs. Terlebih lagi, karena partikel bergerak melingkar, banyak sekali kemungkinan partikel bertumbukkan di tempat itu sehingga ada kemungkainan tercipta partikel baru. Tetapi di lain pihak, linacs lebih mudah dibangun dibandingkan akselelator melingkar (synchrotron) karena linacs tidak memerlukan magnet yang besar untuk membuat partikel bergerak melingkar. Selain itu akselelator melingkar memerlukan jari-jari yang sangat besar agar partikel mendapatkan energi cukup besar, sehingga akselelator ini mahal sekali untuk dibuat. Pertimbangan lain adalah bahwa partikel bermuatan ketika dipercepat, akan meradiasikan energi atau ada energi yang terbuang. Pada energi tinggi, energi yang terbuang akibat radiasi lebih besar untuk akselelator melingkar dibandingkan akselelator linier. Sebagai tambahan, kehilangan energi akibat radiasi lebih besar dalam mempercepat elektron (lebih ringan) dibandingkan proton (lebih berat). Oleh karena itu elektron dan positron hanya dapat dipecepat dalam akselelator linier atau akselelator melingkar yang jari-jarinya lebih besar.