معجل الإلكترونات

عندما تصل طاقة الإلكترون إلى 2 م.أ.ف. تقترب سرعته كثيراً من سرعة الضوء (حوالي 98% منها). ومن ثم فإن المسافة بين فجوات التسارع تظل ثابتة. وسوف تكون هذه المسافات صغيرة جداً عند استعمال مذبذب ذو تردد عال جداً مثل حزام - L (بتردد يساوي 1200 ميجاهيرتز) وحزام - S (بتردد يساوي 2855 ميجاهيرتز). وهذا يجعل طول معجل الإلكترونات أقل من طول معجل البروتونات.

ومن ثم لا بد من استحداث تقنية جديدة لتسريع الإلكترونات يبني مبدأ هذه التقنية على امتطاء الإلكترون لموجة كهرومغناطيسية متنقلة Traveling Wave داخل فجوات رنينية مثل تلك المستخدمة في معجلات البروتونات ويمكن شبيه ذلك برجل ينزلق على الماء إذ يلازم الرجل صدر الموجة المتقدم. يبين الشكل (1) تصميماً لمعجل الإلكترونات الخطي. حيث يتركب الجهاز من أنبوبة تحتوي على أقراص دائرية تمر من خلالها موجة كهرومغناطيسية. فإذا أمكن

الشكل (1)

ضبط هذه الموجة بحيث يمكن للجسيمات المتحركة على طول محور الأنبوبة أن تتسارع على طول الطريق ومن ثم يمكن الاستغناء عن أنابيب التدفق (التي يتلخص عملها في حجب الجسيمات عن المجال الكهربي عندما يكون طوره غير مناسب للتسارع). ويمكن ضبط سرعة الطور Phase Velocity للموجات المنتقلة بواسطة الفجوات Cavities الواقعة بين الأقراص الدائرية (أنظر الشكل 1) بحيث تساوي هذه السرعة سرعة الإلكترونات المتحركة على طول محور الأنبوبة. لاحظ هنا أنه عندما تزيد طاقة الإلكترون عن 1. م. أ. ف. فإن سرعته تقترب من سرعة الضوء وتستمر كذلك تقريباً مهما ازدادت طاقته.

لقد تم بناء العديد من هذه المعجلات الخطية وفقاً للمبدأ السابق ٠ فهناك واحد في ستانغورد بأمريكا وآخر في روسيا يسرعان الإلكترونات إلى طاقة تساوي 100 م.ا.ف. ويبلغ طول الأول 79 متراً أما الآخر فطوله 100 متراً وهذه تعمل جميعاً في نطاق حزام - S. كما تم بناء مصادم آخر في ستانفورد تصل الطاقة فيه إلى حوالي 50 ج.أ.ف. (1 ج.ا.ف. = 1000 م.أ.ف.) كما اعتمدت فكرة تصادم جسيمين رأسياً بحيث تصل الطاقة هنا إلى 100 ج. أ. ف. حيث استخدم هذا التفاعل لاكتشاف جسيمات (Z^o) الأولية.

يبين الشكل (2) مصادم ستانفورد الخطي (SLC) وهذه هي اختصار للكلمات: (Stanford Linear Collider) الذي بني عام 1989 كما يعرف هذا الجهاز أحياناً بالاختصار SLAC وهي اختصار للكلمات، Stanford Linear)

الشكل (2)

(Accelerator Center. يتم في هذا الجهاز التصادم الخطي بين الإلكترونات والبوزيترونات المرعة إلى طاقة تساوي 50 ج. أ. ف, ومن ثم تصبح طاقة التصادم 100ج.أ.ف. تخرج الإلكترونات من مدفع الإلكترونات (1) على شكل نبضتين متعاقبتين حيث تسرعان إلى طاقة تساوي 1 .ج.أ. ف. ثم تكثفان في حلقة التخميد (2) ثم تحقن النبضتان المخمدتان في المسرع الخطي حيث تنضم إليهما نبضة من البوزيترونات عند النقطة (3). ويستمر تسريع نبضة الإلكترونات الأمامية (الأولى) والبوزيترونات حتى نهاية المسرع عند (4) الذي يبلغ طوله 3 كيلومتر. وهناك يقوم مغناطيس التفريق (أو مجال كهربي) بفصل الإلكترونات نحو اليمين والبوزيترونات نحو اليسار، ثم تقوم مجموعة المغناطيسيات (5.'5) بتوجيه الجسيمات نحو مغانط التبئير النهائي (6'6 .) حيث يتم ضغطها بحيث يصير قطر الواحدة عدة ميكرونات ثم توجهان للتصادم جبهياً عند نقطة يحيط بها كاشف الجسيمات (7). الذي نبين تصميماً له في الشكل (3) حيث بني

الشكل (3)

هذا الكاشف عام 1990. أما البوزيترونات فيتم الحصول عليها عن طريق تصادم الإلكترونات مع هدف (8). ويتم ذلك بحرف دفعة الإلكترونات الخلفية (الثانية) الناتجة من مدفع الإلكترونات. باستخدام مغناطيس الانحناء (9) (أنظر الشكل 2). لتقذف على هدف لإنتاج البوزيترونات. أما دفعة الإلكترونات الأخرى فتواصل سيرها رفقة دفعة البوزيترونات حيث تتصادمان في النهاية. وفي غضون ذلك تعاد البوزيترونات المولدة حديثاً إلى بداية المسرع وتحقن فيه في اللحظة نفسها التي تبدأ فيها دفعتان جديدتان من الإلكترونات رحلتيهما، وبهذا يكون الجهاز قد أنجز دورة كاملة، حيث تتكرر هذه العملية 60 أو 120 مرة في الثانية.