επιταχυντής

Μηχάνημα που προσδίδει αρκετά υψηλή ενέργεια σε ατομικά ή υποατομικά σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο, όπως τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια, τα δευτερόνια. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση της επιταχυντικής δράσης των ηλεκτρικών και ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στους ε., τα σωματίδια φτάνουν σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός (300.000 χλμ. /δευτ.), η οποία αντιπροσωπεύει το αμετάθετο όριο για ένα υλικό σωματίδιο, με βάση τη θεωρία της σχετικότητας. Τα σωματίδια αυτά, τα οποία διαθέτουν ικανή ταχύτητα και συνεπώς κινητική ενέργεια, είναι δυνατόν να προκαλέσουν, με την κρούση τους στους ατομικούς πυρήνες, διάφορες μετατροπές στους πυρήνες αυτούς με σύγχρονη παραγωγή σωματιδίων άλλων τύπων και πυρήνων με διαφορετικές ιδιότητες. Οι πυρηνικές αντιδράσεις μεταβάλλονται ανάλογα με το ποσό της ενέργειας που διαθέτει το σωματίδιο καθώς προσκρούει στον πυρήνα. Για τη μελέτη αυτών των αντιδράσεων, οι ε. χρησιμοποιούνται με διάφορους τρόπους. Μία από τις πιο απλές διατάξεις είναι η εξής: τα σωματίδια εισάγονται σε έναν ε. και εκεί, με ικανή επιτάχυνση, φέρονται σε μια προκαθορισμένη ενεργειακή στάθμη. Μετά τη φάση αυτή, τα σωματίδια εξέρχονται από τον ε. και διευθύνονται προς μια λωρίδα όπου παράγουν, με την κρούση τους στους ατομικούς πυρήνες, τις επιθυμητές πυρηνικές αντιδράσεις. Πριν από την εφεύρεση και διάδοση των ε., οι ερευνητές, για να προκαλέσουν πυρηνικές αντιδράσεις, χρησιμοποιούσαν τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που βρίσκονται σε μικρά ποσοστά στις κοσμικές ακτίνες. Οι ε. παρουσιάζουν το πλεονέκτημα, ως προς τις κοσμικές ακτίνες, να παράγουν δέσμη σωματιδίων μεγάλης έντασης και γνωστής διεύθυνσης και, συνεπώς, παρέχουν τη δυνατότητα σύγχρονης μελέτης μεγάλου αριθμού αντιδράσεων αυτού του τύπου. Την πρώτη επιταχυντική μηχανή κατασκεύασαν το 1920 ο Κόκροφτ και ο Γουόλτον. Η μηχανή αυτή έδινε χαμηλή ενέργεια (300.000 eV, ηλεκτρονιοβόλτ). Το 1930 ακολούθησε η εφεύρεση του κυκλοτρόνιου, μετά η εφεύρεση του βητατρόνιου, του συγχροκυκλοτρόνιου και του συγχροτρόνιου. Η απλούστερη μέθοδος για την επιτάχυνση των σωματιδίων είναι να τα υποχρεώσουμε να κινηθούν σε έναν σωλήνα, μέσα στον οποίο έχουμε δημιουργήσει υψηλό κενό, και μεταξύ των άκρων του οποίου δρα ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο. Το κενό υπάρχει για να μη συγκρουστούν τα σωματίδια με μόρια αέρα και χάσουν την ενέργεια που απέκτησαν καθώς κινούνταν μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο. Η μέθοδος αυτή είναι κατάλληλη για τα βαρέα σωματίδια (πρωτόνια, δευτερόνια, πυρήνες ηλίου) και δίνει τη δυνατότητα να φτάσουμε σε ενέργειες κατώτερες του ενός MeV (μεγαηλεκτρονιοβόλτ: 1 MeV = 10⁶ eV). Από αυτήν προέρχεται η μέθοδος που χρησιμοποιείται στους γραμμικούς ε., στους οποίους ο σωλήνας όπου κινείται το σωματίδιο είναι χωρισμένος σε πολλά τμήματα· μεταξύ δύο διαδοχικών τμημάτων υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο που επιταχύνει τα σωματίδια. Αν και χρησιμοποιούνται ασθενή ηλεκτρικά πεδία, το σωματίδιο επιταχύνεται σε διάφορες διαδοχικές χρονικές στιγμές και φτάνει έτσι σε υψηλή ενέργεια, μέχρι και τα 50 ΜeV (ε. στάσιμων κυμάτων). Αντίθετα, σε άλλους τύπους, το ηλεκτρικό πεδίο δρα κατά μήκος ολόκληρης της τροχιάς (ε. διαδομένων κυμάτων). Για να επιτευχθούν μεγάλες ενέργειες, είναι ανάγκη να χρησιμοποιηθούν αρκετά μακρείς σωλήνες. Για να εξαλειφθεί αυτό το μειονέκτημα, επινοήθηκε η καμπύλωση της τροχιάς του σωματιδίου, χρησιμοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο, κάθετο προς την τροχιά του. Με βάση αυτή την αρχή κατασκευάστηκαν οι κυκλικές μηχανές. Στο κυκλοτρόνιο, για παράδειγμα, τα σωματίδια εκπέμπονται στο κέντρο ενός κυκλικού κιβώτιου (μέσα στο οποίο δημιουργείται κενό) διαιρεμένου σε δύο τμήματα, μεταξύ των οποίων υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο. Κάθε σωματίδιο υποχρεώνεται από τη δράση ενός μαγνητικού πεδίου κάθετου προς το κιβώτιο να ακολουθήσει τροχιά η οποία απομακρύνεται διαρκώς από την πηγή. Επίσης, κάθε φορά που το σωματίδιο περνά από ένα τμήμα στο άλλο, επιταχύνεται και έτσι φτάνει σε υψηλές ταχύτητες, και συνεπώς σε υψηλότατες ενέργειες. Η δέσμη των σωματιδίων που επιταχύνθηκαν απομακρύνεται συνεχώς από την πηγή και κάποτε εξέρχεται από το κιβώτιο. Τότε, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προκαλέσει πυρηνικές αντιδράσεις μέσα σε πλακίδια του υλικού που μελετάται. Με τη διάταξη αυτή προσδόθηκε, για παράδειγμα, στα δευτερόνια ενέργεια περίπου 25 MeV. Στα τελευταία χρόνια, παρατηρήθηκε αύξηση του ενδιαφέροντος για τους γραμμικούς ε. (συγκεκομμένα linac από το αγγλικό linear accelerator), ιδιαίτερα όσον αφορά τα ηλεκτρόνια. Για να εκτιμηθεί η ιδιαίτερη σημασία που έχει η κατασκευή γραμμικών ε. για την επιτάχυνση ηλεκτρονίων, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι στους κυκλικούς ε. υπάρχει ένα αδιάβατο όριο για την επιτάχυνση των ηλεκτρονίων. Αυτό προέρχεται από το γεγονός ότι όταν αυξάνεται η επιτάχυνση των ηλεκτρονίων, αυξάνεται και η εκπομπή ακτινοβολίας από αυτά (σύμφωνα με τους νόμους Μάξγουελ) και έτσι φτάνουμε στο σημείο όπου όλη η ενέργεια που προσδίδεται στα ηλεκτρόνια εκπέμπεται ως ακτινοβολία. Επιπλέον, οι γραμμικοί ε. παρουσιάζουν το πλεονέκτημα να μη χρειάζονται ιδιαίτερες διατάξεις για την εξαγωγή των ηλεκτρονίων στο πέρας της διαδρομής τους. Στο Στάνφορντ (ΗΠΑ), τον Μάιο του 1966, συμπληρώθηκε ένας γραμμικός ε. μήκους περίπου 3 χλμ. και ικανός να προσδώσει στα ηλεκτρόνια ενέργεια μεγαλύτερη των 20 GeV (γιγαηλεκτρονιοβόλτ: 1 GeV = 10⁹ eV) με δέσμη 10¹⁴ ηλεκτρόνια το δευτερόλεπτο. Επιστημονικές εγκαταστάσεις επιταχυντή σωματιδίων στο συγχροτρόνιο Φρασκάτι, στη Ρώμη. Στο κυκλοτρόνιο τα σωματίδια, αφού εκπεμφθούν από μία κεντρική πηγή, διατρέχουν (με σταθερή γωνιακή ταχύτητα) μία ελικοειδή τροχιά, εξαιτίας της δράσης ενός μαγνητικού πεδίου κάθετου προς το φύλλο και ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο τα επιταχύνει όταν διέρχεται προ των οπλισμών. Όταν φτάσουν στη μέγιστη ακτίνα, μία διάταξη εξαγωγής τα κατευθύνει προς τον στόχο. Στο συγχροτρόνιο τα σωματίδια, ύστερα από μία αρχική επιτάχυνση που τα φέρνει στο κατώφλι του πεδίου σχετικότητας, εισάγονται εφαπτομενικά στον κοίλο δακτύλιο, όπου διατρέχουν μία σχεδόν σταθερή τροχιά, την οποία διατηρούν χάρη σε μαγνήτες απόκλισης. Η επιτάχυνση προσδίδεται στα ευθύγραμμα συνδετικά τμήματα από ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται στις συντονιζόμενες κοιλότητες (αντηχεία). Μία διάταξη παρέκκλισης επιτρέπει την εξαγωγή των σωματιδίων, όταν αυτά φτάσουν την ανώτατη επιτάχυνση, και την κατεύθυνση προς τον στόχο.

* * *

ο

1. αυτός που επιταχύνει, που αυξάνει την ταχύτητα

2. (πυρ. φυσ.) φρ. «επιταχυντής σωματιδίων» — μηχανή που χρησιμεύει στην επιτάχυνση φορτισμένων στοιχειωδών σωματιδίων (ηλεκτρονίων, πρωτονίων κ.λπ.), ωσότου αποκτήσουν την υψηλή ενέργεια που απαιτείται για την εκτέλεση πειραμάτων τής πυρηνικής φυσικής

3. (τεχν.) ουσία που αυξάνει την ταχύτητα τής θειώσεως τού ελαστικού ή τών αναλόγων ελαστομερών

4. χημ. ουσία που αυξάνει την ταχύτητα μιας αντίδρασης.

[ΕΤΥΜΟΛ. < επιταχύνω. Η λ. στον λόγιο τ. επιταχυνταί μαρτυρείται από το 1886 στον Ν. Γουλιμή. Απόδοση στην Ελλ. ξεν. όρου (πρβλ. γαλλ. accelerateur)].