Kas yra linijinis greitintuvas?

Linijinis greitintuvas yra įtaisas, kuris pagreitina materiją iki didelio greičio, judindamas ją linijiniu keliu su elektromagnetiniais laukais. Šis terminas dažniausiai vartojamas kalbant apie linijinį dalelių greitintuvą arba linacą, kuris pagreitina atomus arba subatomines daleles. „Tiesinis greitintuvas“ taip pat gali reikšti įrenginius, naudojančius elektromagnetizmą didesniems objektams varyti, pvz., ritinius ir bėgius. Linijiniai dalelių greitintuvai dažniausiai naudojami medicinoje, pramonėje ir moksliniuose eksperimentuose, o didesnių objektų elektromagnetiniai greitintuvai ateityje gali būti pritaikyti tokiems tikslams kaip kelionės į kosmosą ir ginklai.

Linijinis dalelių greitintuvas paleidžia magnetiškai įkrautas daleles. Tai gali būti ištisi įkrauti atomai, vadinami jonais, arba subatominės dalelės, tokios kaip protonai ir elektronai. Pirma, pagreitinama dalelė generuojama elektromagnetiniu įtaisu, pavyzdžiui, katodu arba jonų šaltiniu, ir išleidžiama į vamzdžio formos vakuuminę kamerą, išklotą elektrodais. Tada elektrodai įjungiami, kad sukurtų svyruojančius magnetinius laukus, kurie dalelei perduoda energiją ir pagreitina ją vamzdžiu link prietaiso tikslo. Tikslus elektrodų išdėstymas vamzdyje, į elektrodus siunčiamos energijos galia ir dažnis bei elektrodų dydis skiriasi priklausomai nuo pagreitinamų dalelių ir prietaiso paskirties.

Paprastas ir labai paplitęs pavyzdys yra katodinių spindulių vamzdis, dažniausiai naudojamas televizoriuose, monitoriuose ir kitose rodymo technologijose. Katodinių spindulių vamzdis varo elektronus žemyn vamzdžiu, kol jie atsitrenkia į kietą taikinį vamzdžio gale, pagamintą iš liuminescencinių medžiagų, vadinamų fosforais, kurie dažniausiai yra metalo sulfidiniai junginiai. Dėl to dalis elektronų energijos išsiskiria kaip elektromagnetinės energijos emisija bangos ilgiuose, kuriuos žmogaus akis aptinka kaip matomą šviesą. Rentgeno aparatai, naudojami medicinoje ir biologiniuose tyrimuose, veikia panašiu principu – elektronų srautus paleidžia į varį, molibdeną ar volframą, kad susidarytų rentgeno spinduliuotė, kurią galima panaudoti vaizdavimui arba, naudojant galingesnius prietaisus, radioterapijai.

Linijiniai dalelių greitintuvai taip pat naudojami moksliniuose tyrimuose. Biologiniuose ir archeologiniuose tyrimuose vaizdo gavimui dažnai naudojami maži prietaisai. Tyrimams naudojami linijiniai greitintuvai labai skiriasi savo dydžiu ir gali pasiekti tikrai milžiniškus matmenis dėl itin aukšto energijos lygio, reikalingo kai kuriems šiuolaikinėje fizikoje tiriamiems reiškiniams sukurti. Didžiausias tiesinis dalelių greitintuvas Žemėje, esantis SLAC (Stanfordo linijinio greitintuvo centro) nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje Menlo parke, Kalifornijoje, yra dviejų mylių ilgio.

Jie taip pat naudojami kai kuriuose pramonės procesuose. Kai kurie šiuolaikinėje elektronikoje naudojami silicio lustai gaminami naudojant greitintuvus, kurie varo ištisus įkrautus atomus, o ne subatomines daleles, todėl gamybos metu galima labai tiksliai išdėstyti atomus. Greitintuvai taip pat gali būti naudojami implantuojant jonus į medžiagų, tokių kaip plienas, paviršių, keičiant medžiagos struktūrą, kad ji būtų atsparesnė įtrūkimams cheminei korozijai.

Terminas „linijinis greitintuvas“ taip pat kartais vartojamas įrenginiams, kurie panašiai varo didesnius objektus, naudodami elektromagnetizmą, kad pagreitintų sviedinį tiesiu keliu. Jie veikia tiekdami elektros energiją per metalinę ritę, apvyniotą aplink prietaiso vamzdį, konstrukciją, vadinamą ritės pistoletu, masės pistoletu arba Gauso pistoletu, arba per porą metalinių bėgių, išdėstytų lygiagrečiai vienas kitam, vadinamą bėgių pistoletu. Objektas, pagamintas iš feromagnetinės medžiagos, pavyzdžiui, geležies, gali būti paspartintas prietaiso cilindru, naudojant magnetinius laukus, kuriuos sukuria tinkamai nustatytos elektros srovės. Kaip galimas būdas paleisti krovinius iš Žemės paviršiaus į kosmosą buvo pasiūlyti spiraliniai pabūklai, o kaip galimi ginklai tiriami ir sraigtiniai pistoletai, ir bėgiai.