একটি কণা অ্যাক্সিলারেটর এমন একটি ডিভাইস যা আলোর কাছাকাছি গতিতে চলমান বৈদ্যুতিক চার্জযুক্ত পারমাণবিক বা সাবঅ্যাটমিক কণাগুলির একটি মরীচি তৈরি করে। এটির কাজ একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা তাদের শক্তি বৃদ্ধি এবং ট্র্যাজেক্টোরির পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে - একটি চৌম্বক দ্বারা।
কণা ত্বরণকারী কিসের জন্য?
এই ডিভাইসগুলি বিজ্ঞান ও শিল্পের বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। আজ, সারা বিশ্বে তাদের 30 হাজারেরও বেশি রয়েছে। একজন পদার্থবিজ্ঞানীর জন্য, কণা ত্বরণকারী পরমাণুর গঠন, পারমাণবিক শক্তির প্রকৃতি এবং প্রকৃতিতে ঘটে না এমন নিউক্লিয়াসের বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে মৌলিক গবেষণার একটি হাতিয়ার হিসেবে কাজ করে। পরেরটির মধ্যে রয়েছে ট্রান্সুরেনিয়াম এবং অন্যান্য অস্থির উপাদান।
একটি ডিসচার্জ টিউবের সাহায্যে নির্দিষ্ট চার্জ নির্ধারণ করা সম্ভব হয়েছে। রেডিওআইসোটোপ তৈরিতে, শিল্প রেডিওগ্রাফিতে, বিকিরণ থেরাপিতে, জৈবিক পদার্থের জীবাণুমুক্তকরণে এবং রেডিওকার্বনেও কণার ত্বরণকারী ব্যবহার করা হয়।বিশ্লেষণ মৌলিক মিথস্ক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য বৃহত্তম ইনস্টলেশন ব্যবহার করা হয়৷
অ্যাক্সিলারেটরের সাপেক্ষে বিশ্রামে চার্জযুক্ত কণার জীবনকাল আলোর গতির কাছাকাছি গতিতে ত্বরিত কণার চেয়ে কম। এটি SRT সময়ের ব্যবধানের আপেক্ষিকতা নিশ্চিত করে। উদাহরণস্বরূপ, CERN-এ, 0.9994c গতিতে মিউনের জীবদ্দশায় 29-গুণ বৃদ্ধি পাওয়া গেছে।
এই নিবন্ধটি আলোচনা করে যে কীভাবে একটি কণা অ্যাক্সিলারেটর কাজ করে, এর বিকাশ, বিভিন্ন প্রকার এবং স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্যগুলি৷
ত্বরণের নীতি
আপনি যে কণা অ্যাক্সিলারেটর জানেন না কেন, তাদের সকলেরই সাধারণ উপাদান রয়েছে। প্রথমত, টেলিভিশন কাইনস্কোপের ক্ষেত্রে তাদের সকলের ইলেকট্রনের উৎস থাকতে হবে, বা বড় স্থাপনার ক্ষেত্রে ইলেকট্রন, প্রোটন এবং তাদের প্রতিকণা থাকতে হবে। উপরন্তু, তাদের সকলের অবশ্যই কণাকে ত্বরান্বিত করার জন্য বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র থাকতে হবে এবং তাদের গতিপথ নিয়ন্ত্রণ করতে চৌম্বক ক্ষেত্র থাকতে হবে। এছাড়াও, কণার ত্বরণকারীর ভ্যাকুয়াম (10-11 মিমি Hg), অর্থাৎ ন্যূনতম পরিমাণ অবশিষ্ট বায়ু, বিমের দীর্ঘ জীবনকাল নিশ্চিত করার জন্য প্রয়োজনীয়। এবং, অবশেষে, সমস্ত ইনস্টলেশনে ত্বরিত কণা নিবন্ধন, গণনা এবং পরিমাপ করার উপায় থাকতে হবে।
প্রজন্ম
ইলেকট্রন এবং প্রোটন, যা সাধারণত এক্সিলারেটরে ব্যবহৃত হয়, সব পদার্থেই পাওয়া যায়, তবে প্রথমে তাদের থেকে আলাদা করা দরকার। ইলেকট্রন সাধারণত উৎপন্ন হয়একটি কাইনস্কোপের মতো - একটি "বন্দুক" নামক একটি ডিভাইসে। এটি একটি ভ্যাকুয়ামে একটি ক্যাথোড (নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড), যা বিন্দুতে উত্তপ্ত হয় যেখানে ইলেকট্রনগুলি পরমাণু থেকে বিচ্ছিন্ন হতে শুরু করে। নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত কণাগুলি অ্যানোডের (ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড) প্রতি আকৃষ্ট হয় এবং আউটলেটের মধ্য দিয়ে যায়। বন্দুক নিজেই সবচেয়ে সহজ ত্বরণকারী, যেহেতু ইলেকট্রনগুলি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে চলে। ক্যাথোড এবং অ্যানোডের মধ্যে ভোল্টেজ সাধারণত 50-150 kV এর মধ্যে হয়।
ইলেকট্রন ছাড়াও, সমস্ত পদার্থেই প্রোটন থাকে, কিন্তু হাইড্রোজেন পরমাণুর নিউক্লিয়াসই একক প্রোটন নিয়ে গঠিত। অতএব, প্রোটন অ্যাক্সিলারেটরের জন্য কণার উত্স হল গ্যাসীয় হাইড্রোজেন। এই ক্ষেত্রে, গ্যাস আয়নিত হয় এবং প্রোটন গর্ত দিয়ে পালিয়ে যায়। বড় অ্যাক্সিলারেটরে, প্রোটনগুলি প্রায়ই ঋণাত্মক হাইড্রোজেন আয়ন হিসাবে উত্পাদিত হয়। তারা একটি অতিরিক্ত ইলেকট্রন সহ পরমাণু, যা একটি ডায়াটমিক গ্যাসের আয়নকরণের পণ্য। প্রাথমিক পর্যায়ে নেতিবাচক চার্জযুক্ত হাইড্রোজেন আয়নগুলির সাথে কাজ করা সহজ। তারপরে তারা একটি পাতলা ফয়েলের মধ্য দিয়ে যায় যা ত্বরণের চূড়ান্ত পর্যায়ের আগে তাদের ইলেকট্রন থেকে বঞ্চিত করে।
ত্বরণ
কণা ত্বরক কিভাবে কাজ করে? তাদের যে কোনোটির মূল বৈশিষ্ট্য হল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র। সবচেয়ে সহজ উদাহরণ হল ইতিবাচক এবং নেতিবাচক বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার মধ্যে একটি অভিন্ন স্থির ক্ষেত্র, যা একটি বৈদ্যুতিক ব্যাটারির টার্মিনালগুলির মধ্যে বিদ্যমান। যেমনক্ষেত্রে, একটি নেতিবাচক চার্জ বহনকারী একটি ইলেকট্রন একটি শক্তির অধীন যা এটিকে একটি ইতিবাচক সম্ভাবনার দিকে পরিচালিত করে। তিনি তাকে ত্বরান্বিত করেন এবং যদি এটি প্রতিরোধ করার কিছু না থাকে তবে তার গতি এবং শক্তি বৃদ্ধি পায়। ইলেকট্রন একটি তারের মধ্যে বা এমনকি বাতাসে একটি ইতিবাচক সম্ভাবনার দিকে অগ্রসর হয় পরমাণুর সাথে সংঘর্ষ হয় এবং শক্তি হারায়, কিন্তু যদি তারা শূন্যে থাকে তবে তারা অ্যানোডের কাছে যাওয়ার সাথে সাথে ত্বরান্বিত হয়।
একটি ইলেকট্রনের প্রারম্ভিক এবং চূড়ান্ত অবস্থানের মধ্যে ভোল্টেজ এটি দ্বারা অর্জিত শক্তি নির্ধারণ করে। 1 V এর সম্ভাব্য পার্থক্যের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময়, এটি 1 ইলেক্ট্রন ভোল্ট (eV) এর সমান। এটি 1.6 × 10-19 জুলের সমতুল্য৷ উড়ন্ত মশার শক্তি এক ট্রিলিয়ন গুণ বেশি। একটি কাইনস্কোপে, ইলেকট্রন 10 কেভির বেশি ভোল্টেজ দ্বারা ত্বরান্বিত হয়। অনেক এক্সিলারেটর অনেক বেশি শক্তি অর্জন করে, মেগা-, গিগা- এবং টেরাইলেক্ট্রনভোল্টে পরিমাপ করা হয়।
জাত
প্রাথমিক ধরনের কিছু কণা ত্বরণকারী, যেমন ভোল্টেজ গুণক এবং ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটর, এক মিলিয়ন ভোল্ট পর্যন্ত সম্ভাব্যতা দ্বারা উত্পন্ন ধ্রুবক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করে। এত উচ্চ ভোল্টেজের সাথে কাজ করা সহজ নয়। একটি আরও ব্যবহারিক বিকল্প হল কম সম্ভাবনার দ্বারা উত্পন্ন দুর্বল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের পুনরাবৃত্তিমূলক ক্রিয়া। এই নীতিটি দুটি ধরণের আধুনিক ত্বরণে ব্যবহৃত হয় - লিনিয়ার এবং সাইক্লিক (প্রধানত সাইক্লোট্রন এবং সিঙ্ক্রোট্রনগুলিতে)। রৈখিক কণা ত্বরক, সংক্ষেপে, একটি ক্রম মধ্যে একবার তাদের পাসত্বরণশীল ক্ষেত্রগুলি, যখন চক্রাকারে তারা বারবার অপেক্ষাকৃত ছোট বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মধ্য দিয়ে একটি বৃত্তাকার পথ ধরে চলে। উভয় ক্ষেত্রেই, কণাগুলির চূড়ান্ত শক্তি ক্ষেত্রগুলির সম্মিলিত প্রভাবের উপর নির্ভর করে, যাতে অনেকগুলি ছোট "শক" যোগ হয়ে একটি বড়টির সম্মিলিত প্রভাব দেয়।
বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি করার জন্য একটি রৈখিক ত্বরণকারীর পুনরাবৃত্তিমূলক কাঠামোতে স্বাভাবিকভাবেই DC ভোল্টেজের পরিবর্তে AC ব্যবহার জড়িত। ধনাত্মক চার্জযুক্ত কণাগুলি নেতিবাচক সম্ভাবনার দিকে ত্বরান্বিত হয় এবং যদি তারা ধনাত্মকটির দ্বারা অতিক্রম করে তবে একটি নতুন প্রেরণা পায়। অনুশীলনে, ভোল্টেজ খুব দ্রুত পরিবর্তন করা উচিত। উদাহরণস্বরূপ, 1 MeV শক্তিতে, একটি প্রোটন আলোর গতির 0.46 খুব উচ্চ গতিতে ভ্রমণ করে, 0.01 ms এ 1.4 মিটার ভ্রমণ করে। এর মানে হল যে কয়েক মিটার দীর্ঘ পুনরাবৃত্তিমূলক প্যাটার্নে, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলিকে অবশ্যই কমপক্ষে 100 MHz ফ্রিকোয়েন্সিতে দিক পরিবর্তন করতে হবে। চার্জযুক্ত কণার রৈখিক এবং চক্রীয় ত্বরণকারী, একটি নিয়ম হিসাবে, 100 থেকে 3000 MHz ফ্রিকোয়েন্সি সহ বিকল্প বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলি ব্যবহার করে তাদের ত্বরান্বিত করে, অর্থাৎ, রেডিও তরঙ্গ থেকে মাইক্রোওয়েভ পর্যন্ত।
একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ হল বিকল্প বৈদ্যুতিক এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের সংমিশ্রণ যা একে অপরের সাথে লম্বভাবে দোলা দেয়। ত্বরণকারীর মূল বিষয় হল তরঙ্গকে সামঞ্জস্য করা যাতে কণাটি আসার সময়, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি ত্বরণ ভেক্টর অনুসারে নির্দেশিত হয়। এটি একটি স্থায়ী তরঙ্গ দিয়ে করা যেতে পারে - একটি বদ্ধ লুপে বিপরীত দিকে ভ্রমণকারী তরঙ্গের সংমিশ্রণ।স্থান, একটি অঙ্গ পাইপ মধ্যে শব্দ তরঙ্গ মত. আলোর গতির কাছাকাছি আসা খুব দ্রুত গতিশীল ইলেকট্রনগুলির একটি বিকল্প হল একটি ভ্রমণ তরঙ্গ৷
অটোফেজিং
একটি বিকল্প বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে ত্বরান্বিত করার সময় একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব হল "অটোফেজিং"। দোলনের একটি চক্রে, বিকল্প ক্ষেত্রটি শূন্য থেকে সর্বোচ্চ মানের মাধ্যমে আবার শূন্যে যায়, সর্বনিম্নে পড়ে এবং শূন্যে উঠে। তাই এটি দ্বিগুণ গতি বাড়াতে প্রয়োজনীয় মান দিয়ে যায়। যদি ত্বরণকারী কণাটি খুব শীঘ্রই আসে, তবে এটি পর্যাপ্ত শক্তির ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হবে না এবং ধাক্কা দুর্বল হবে। যখন সে পরবর্তী বিভাগে পৌঁছাবে, তখন তার দেরি হবে এবং সে আরও শক্তিশালী প্রভাব অনুভব করবে। ফলস্বরূপ, অটোফেসিং ঘটবে, কণাগুলি প্রতিটি ত্বরণশীল অঞ্চলে ক্ষেত্রের সাথে পর্যায়ক্রমে থাকবে। আরেকটি প্রভাব হবে একটি ক্রমাগত স্রোতের পরিবর্তে সময়ের সাথে সাথে তাদের গুচ্ছবদ্ধ করা।
রশ্মির দিক
চৌম্বকীয় ক্ষেত্রগুলি কীভাবে একটি চার্জযুক্ত কণা অ্যাক্সিলারেটর কাজ করে তাতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, কারণ তারা তাদের চলাচলের দিক পরিবর্তন করতে পারে। এর মানে হল যে তারা একটি বৃত্তাকার পথ বরাবর বিমগুলিকে "বাঁকানোর" জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে যাতে তারা একই ত্বরণকারী বিভাগের মধ্য দিয়ে কয়েকবার পাস করে। সবচেয়ে সহজ ক্ষেত্রে, একটি অভিন্ন চৌম্বক ক্ষেত্রের দিকে সমকোণে চলমান একটি চার্জযুক্ত কণা একটি বলের অধীন হয়এর স্থানচ্যুতির ভেক্টর এবং ক্ষেত্রের উভয় ক্ষেত্রেই লম্ব। এর ফলে বীমটি ক্ষেত্রের লম্ব বৃত্তাকার ট্র্যাজেক্টোরি বরাবর সরে যায় যতক্ষণ না এটি তার কর্মের ক্ষেত্রটি ছেড়ে দেয় বা অন্য কোন শক্তি এটিতে কাজ করতে শুরু করে। এই প্রভাবটি সাইক্লোট্রন এবং সিনক্রোট্রনের মতো সাইক্লিক অ্যাক্সিলারেটরে ব্যবহৃত হয়। একটি সাইক্লোট্রনে, একটি ধ্রুবক ক্ষেত্র একটি বড় চুম্বক দ্বারা উত্পন্ন হয়। কণাগুলি, তাদের শক্তি বৃদ্ধির সাথে সাথে, বাইরের দিকে সর্পিল হয়, প্রতিটি বিপ্লবের সাথে ত্বরান্বিত হয়। একটি সিনক্রোট্রনে, গুচ্ছগুলি একটি ধ্রুবক ব্যাসার্ধের সাথে একটি রিংয়ের চারপাশে ঘোরে এবং রিংয়ের চারপাশে ইলেক্ট্রোম্যাগনেট দ্বারা সৃষ্ট ক্ষেত্রটি কণাগুলি ত্বরান্বিত হওয়ার সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়। "বাঁকানো" চুম্বকগুলি হল ডাইপোল যার উত্তর ও দক্ষিণ মেরুগুলি ঘোড়ার নালের আকারে বাঁকানো হয় যাতে মরীচিটি তাদের মধ্য দিয়ে যেতে পারে৷
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটের দ্বিতীয় গুরুত্বপূর্ণ কাজ হল বিমগুলিকে ঘনীভূত করা যাতে তারা যতটা সম্ভব সংকীর্ণ এবং তীব্র হয়। ফোকাসিং চুম্বকের সহজতম রূপ হল চারটি মেরু (দুটি উত্তর এবং দুটি দক্ষিণ) একে অপরের বিপরীতে। তারা কণাগুলিকে কেন্দ্রের দিকে এক দিকে ঠেলে দেয়, কিন্তু তাদের লম্ব দিকে প্রচার করতে দেয়। কোয়াড্রপোল চুম্বক রশ্মিকে অনুভূমিকভাবে ফোকাস করে, এটি উল্লম্বভাবে ফোকাসের বাইরে যেতে দেয়। এটি করার জন্য, তারা জোড়ায় ব্যবহার করা আবশ্যক। আরও সুনির্দিষ্ট ফোকাস করার জন্য আরও খুঁটি (6 এবং 8) সহ আরও জটিল চুম্বক ব্যবহার করা হয়৷
কণার শক্তি বাড়ার সাথে সাথে চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি বৃদ্ধি পায় যা তাদের পথ দেখায়। এটি একই পথে মরীচি রাখে। জমাট রিং মধ্যে চালু করা হয় এবং ত্বরান্বিত করা হয়প্রয়োজনীয় শক্তি প্রত্যাহার এবং পরীক্ষায় ব্যবহার করার আগে। ইলেক্ট্রোম্যাগনেট দ্বারা প্রত্যাহার করা হয় যা সিনক্রোট্রন রিং থেকে কণাগুলিকে ঠেলে দেওয়ার জন্য চালু হয়৷
সংঘর্ষ
মেডিসিন এবং শিল্পে ব্যবহৃত পার্টিকেল এক্সিলারেটরগুলি মূলত একটি নির্দিষ্ট উদ্দেশ্যে একটি মরীচি তৈরি করে, যেমন রেডিয়েশন থেরাপি বা আয়ন ইমপ্লান্টেশন। এর মানে হল যে কণা একবার ব্যবহার করা হয়। বহু বছর ধরে, মৌলিক গবেষণায় ব্যবহৃত অ্যাক্সিলারেটরের ক্ষেত্রেও একই কথা ছিল। কিন্তু 1970-এর দশকে, রিংগুলি তৈরি করা হয়েছিল যেখানে দুটি বিম বিপরীত দিকে সঞ্চালিত হয় এবং পুরো সার্কিট বরাবর সংঘর্ষ হয়। এই ধরনের ইনস্টলেশনের প্রধান সুবিধা হল যে মুখোমুখি সংঘর্ষে, কণাগুলির শক্তি সরাসরি তাদের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া শক্তিতে যায়। এটি বিশ্রামের সময় উপাদানের সাথে বিমটির সংঘর্ষের সাথে বৈপরীত্য: এই ক্ষেত্রে, গতির সংরক্ষণের নীতি অনুসারে, লক্ষ্যবস্তুকে গতিশীল করার জন্য বেশিরভাগ শক্তি ব্যয় করা হয়৷
কিছু সংঘর্ষ বিম মেশিন দুটি বা ততোধিক স্থানে ছেদকারী দুটি রিং দিয়ে তৈরি করা হয়, যেখানে একই ধরণের কণাগুলি বিপরীত দিকে সঞ্চালিত হয়। কণা এবং প্রতিকণার সাথে সংঘর্ষ বেশি সাধারণ। একটি প্রতিকণার তার সংশ্লিষ্ট কণার বিপরীত চার্জ থাকে। উদাহরণস্বরূপ, একটি পজিট্রন ইতিবাচকভাবে চার্জ করা হয়, যখন একটি ইলেকট্রন ঋণাত্মকভাবে চার্জ করা হয়। এর মানে হল যে ক্ষেত্রটি ইলেক্ট্রনকে ত্বরান্বিত করে তা পজিট্রনকে ধীর করে দেয়,একই দিকে চলন্ত। কিন্তু পরেরটি যদি বিপরীত দিকে চলে তবে এটি ত্বরান্বিত হবে। একইভাবে, একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্য দিয়ে চলমান একটি ইলেকট্রন বাম দিকে বাঁকবে, এবং একটি পজিট্রন ডানদিকে বাঁকবে। কিন্তু পজিট্রন যদি এর দিকে অগ্রসর হয়, তবে এর পথ এখনও ডানদিকে বিচ্যুত হবে, কিন্তু ইলেক্ট্রনের মতো একই বক্ররেখা বরাবর। একসাথে, এর মানে হল যে এই কণাগুলি একই চুম্বকের কারণে সিঙ্ক্রোট্রন রিং বরাবর চলতে পারে এবং বিপরীত দিকে একই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দ্বারা ত্বরান্বিত হতে পারে। সংঘর্ষ বিমের উপর অনেক শক্তিশালী সংঘর্ষ এই নীতি অনুসারে তৈরি করা হয়েছে, যেহেতু শুধুমাত্র একটি এক্সিলারেটর রিং প্রয়োজন।
সিনক্রোট্রনের রশ্মিটি ক্রমাগত নড়াচড়া করে না, তবে "ক্লাম্পস" এ একত্রিত হয়। এগুলি কয়েক সেন্টিমিটার লম্বা এবং ব্যাসের এক মিলিমিটারের দশমাংশ হতে পারে এবং এতে প্রায় 1012 কণা থাকতে পারে। এটি একটি ছোট ঘনত্ব, যেহেতু এই আকারের একটি পদার্থে প্রায় 1023 পরমাণু থাকে। অতএব, যখন বিমগুলি আসন্ন রশ্মির সাথে ছেদ করে, তখন কণাগুলি একে অপরের সাথে মিথস্ক্রিয়া করার সামান্য সম্ভাবনা থাকে। অনুশীলনে, গুচ্ছগুলি রিং বরাবর চলতে থাকে এবং আবার মিলিত হয়। কণার ত্বরণকারীর গভীর ভ্যাকুয়াম (10-11 mmHg) প্রয়োজনীয় যাতে কণাগুলি বায়ুর অণুর সাথে সংঘর্ষ না করে বহু ঘন্টার জন্য সঞ্চালন করতে পারে। অতএব, রিংগুলিকে পুঞ্জীভূতও বলা হয়, কারণ বান্ডিলগুলি আসলে কয়েক ঘন্টার জন্য সংরক্ষণ করা হয়৷
রেজিস্টার করুন
অধিকাংশ অংশের জন্য কণা অ্যাক্সিলারেটর রেজিস্টার করতে পারে কখন কী ঘটেযখন কণা একটি লক্ষ্য বা অন্য রশ্মি বিপরীত দিকে চলন্ত আঘাত. একটি টেলিভিশন কাইনস্কোপে, একটি বন্দুক থেকে ইলেকট্রনগুলি পর্দার ভিতরের পৃষ্ঠে একটি ফসফরকে আঘাত করে এবং আলো নির্গত করে, যা এইভাবে প্রেরিত চিত্রটিকে পুনরায় তৈরি করে। এক্সিলারেটরগুলিতে, এই ধরনের বিশেষ ডিটেক্টরগুলি বিক্ষিপ্ত কণাগুলিতে প্রতিক্রিয়া জানায়, তবে তারা সাধারণত বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করার জন্য ডিজাইন করা হয় যা কম্পিউটার ডেটাতে রূপান্তরিত হতে পারে এবং কম্পিউটার প্রোগ্রাম ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা যায়। শুধুমাত্র চার্জযুক্ত উপাদানগুলি একটি উপাদানের মধ্য দিয়ে যাওয়ার মাধ্যমে বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করে, উদাহরণস্বরূপ উত্তেজনাপূর্ণ বা আয়নিত পরমাণু দ্বারা, এবং সরাসরি সনাক্ত করা যায়। নিউট্রন বা ফোটনের মতো নিরপেক্ষ কণাগুলি তাদের গতিতে সেট করা চার্জযুক্ত কণার আচরণের মাধ্যমে পরোক্ষভাবে সনাক্ত করা যেতে পারে।
অনেক বিশেষায়িত ডিটেক্টর আছে। তাদের মধ্যে কিছু, যেমন গিগার কাউন্টার, কেবল কণা গণনা করে, যখন অন্যগুলি ব্যবহার করা হয়, উদাহরণস্বরূপ, ট্র্যাক রেকর্ড করতে, গতি পরিমাপ করতে বা শক্তির পরিমাণ পরিমাপ করতে। আধুনিক ডিটেক্টরের আকার এবং প্রযুক্তির পরিসর ছোট চার্জ-কাপল ডিভাইস থেকে শুরু করে বৃহৎ তারে ভরা গ্যাস-ভর্তি চেম্বার পর্যন্ত যা চার্জ করা কণা দ্বারা তৈরি আয়নিত পথ সনাক্ত করে।
ইতিহাস
কণা ত্বরণকারীগুলি মূলত পারমাণবিক নিউক্লিয়াস এবং প্রাথমিক কণার বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়নের জন্য তৈরি করা হয়েছিল। 1919 সালে ব্রিটিশ পদার্থবিদ আর্নেস্ট রাদারফোর্ড দ্বারা নাইট্রোজেন নিউক্লিয়াস এবং আলফা কণার মধ্যে প্রতিক্রিয়া আবিষ্কার থেকে, পারমাণবিক পদার্থবিদ্যার সমস্ত গবেষণা1932 প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয় উপাদানের ক্ষয় থেকে মুক্তি হিলিয়াম নিউক্লিয়াস সঙ্গে ব্যয় করা হয়. প্রাকৃতিক আলফা কণার গতিশক্তি 8 MeV, কিন্তু রাদারফোর্ড বিশ্বাস করতেন যে ভারী নিউক্লিয়াসের ক্ষয় পর্যবেক্ষণ করতে, তাদের কৃত্রিমভাবে আরও বেশি মান পর্যন্ত ত্বরান্বিত করতে হবে। তখন কঠিন মনে হয়েছিল। যাইহোক, 1928 সালে জর্জি গামো (জার্মানির ইউনিভার্সিটি অফ গটিংজেনে) দ্বারা করা একটি গণনা দেখায় যে অনেক কম শক্তি সহ আয়ন ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এটি এমন একটি সুবিধা তৈরি করার প্রয়াসকে উদ্দীপিত করে যা পারমাণবিক গবেষণার জন্য যথেষ্ট মরীচি প্রদান করে।
এই সময়ের অন্যান্য ঘটনাগুলি সেই নীতিগুলি প্রদর্শন করেছে যার দ্বারা আজ অবধি কণার ত্বরণক তৈরি করা হয়েছে। কৃত্রিমভাবে ত্বরিত আয়নগুলির সাথে প্রথম সফল পরীক্ষাগুলি 1932 সালে ক্যামব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ে ককক্রফট এবং ওয়ালটন দ্বারা পরিচালিত হয়েছিল। একটি ভোল্টেজ গুণক ব্যবহার করে, তারা প্রোটনকে 710 keV-এ ত্বরান্বিত করেছিল এবং দেখিয়েছিল যে পরেরটি লিথিয়াম নিউক্লিয়াসের সাথে বিক্রিয়া করে দুটি আলফা কণা তৈরি করে। 1931 সালের মধ্যে, নিউ জার্সির প্রিন্সটন বিশ্ববিদ্যালয়ে, রবার্ট ভ্যান ডি গ্রাফ প্রথম উচ্চ সম্ভাবনাময় বেল্ট ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক জেনারেটর তৈরি করেছিলেন। ককক্রফট-ওয়ালটন ভোল্টেজ মাল্টিপ্লায়ার এবং ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটর এখনও এক্সিলারেটরের শক্তির উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
একটি রৈখিক অনুরণন ত্বরকের নীতিটি 1928 সালে Rolf Wideröe দ্বারা প্রদর্শিত হয়েছিল। জার্মানির আচেনের রাইন-ওয়েস্টফালিয়ান ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজিতে, তিনি সোডিয়াম এবং পটাসিয়াম আয়নকে দুবার শক্তিতে ত্বরান্বিত করতে একটি উচ্চ বিকল্প ভোল্টেজ ব্যবহার করেছিলেন।তাদের দ্বারা রিপোর্ট করা অতিক্রম. 1931 সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, আর্নেস্ট লরেন্স এবং ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের তার সহকারী ডেভিড স্লোন, বার্কলে 1.2 MeV-এর বেশি শক্তিতে পারদ আয়নগুলিকে ত্বরান্বিত করতে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ক্ষেত্রগুলি ব্যবহার করেছিলেন। এই কাজটি Wideröe ভারী কণা ত্বরণকারীর পরিপূরক, কিন্তু আয়ন বিমগুলি পারমাণবিক গবেষণায় কার্যকর ছিল না৷
ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্ট এক্সিলারেটর বা সাইক্লোট্রন, লরেন্স ওয়াইডারোই ইনস্টলেশনের একটি পরিবর্তন হিসাবে কল্পনা করেছিলেন। লরেন্স লিভিংস্টনের ছাত্র 1931 সালে 80 কেভি আয়ন তৈরি করে সাইক্লোট্রনের নীতি প্রদর্শন করেছিলেন। 1932 সালে লরেন্স এবং লিভিংস্টন 1 MeV-এর বেশি প্রোটনের ত্বরণ ঘোষণা করেছিলেন। পরবর্তীতে 1930-এর দশকে, সাইক্লোট্রনের শক্তি প্রায় 25 মেভিতে পৌঁছেছিল এবং ভ্যান ডি গ্রাফ জেনারেটরের শক্তি প্রায় 4 মেভিতে পৌঁছেছিল। 1940 সালে, ডোনাল্ড কার্স্ট, চুম্বকের ডিজাইনে সতর্ক কক্ষপথের গণনার ফলাফল প্রয়োগ করে, ইলিনয় বিশ্ববিদ্যালয়ে প্রথম বেটাট্রন, একটি চৌম্বক আবেশ ইলেকট্রন এক্সিলারেটর তৈরি করেন।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান: কণা ত্বরক
দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের পর, কণাকে উচ্চ শক্তিতে ত্বরান্বিত করার বিজ্ঞান দ্রুত অগ্রগতি করেছে। এটি বার্কলে এডউইন ম্যাকমিলান এবং মস্কোর ভ্লাদিমির ভেকসলার দ্বারা শুরু হয়েছিল। 1945 সালে, উভয়ই স্বাধীনভাবে ফেজ স্থিতিশীলতার নীতি বর্ণনা করেছিলেন। এই ধারণাটি একটি চক্রীয় ত্বরণকারীতে স্থিতিশীল কণার কক্ষপথ বজায় রাখার একটি উপায় সরবরাহ করে, যা প্রোটনের শক্তির সীমাবদ্ধতাকে সরিয়ে দেয় এবং ইলেকট্রনের জন্য চৌম্বকীয় অনুরণন ত্বরণকারী (সিনক্রোট্রন) তৈরি করা সম্ভব করে। অটোফেসিং, ফেজ স্থিতিশীলতার নীতির বাস্তবায়ন, নির্মাণের পরে নিশ্চিত করা হয়েছেক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি ছোট সিনক্রোসাইক্লোট্রন এবং ইংল্যান্ডে একটি সিনক্রোট্রন। এর কিছুক্ষণ পরে, প্রথম প্রোটন রৈখিক অনুরণন ত্বরক তৈরি করা হয়েছিল। এই নীতিটি তখন থেকে নির্মিত সমস্ত বড় প্রোটন সিঙ্ক্রোট্রনগুলিতে ব্যবহৃত হয়েছে৷
1947 সালে, ক্যালিফোর্নিয়ার স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের উইলিয়াম হ্যানসেন, দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের সময় রাডারের জন্য তৈরি মাইক্রোওয়েভ প্রযুক্তি ব্যবহার করে প্রথম রৈখিক ভ্রমণ তরঙ্গ ইলেকট্রন এক্সিলারেটর তৈরি করেন।
প্রোটনের শক্তি বৃদ্ধির মাধ্যমে গবেষণায় অগ্রগতি সম্ভব হয়েছে, যা আরও বড় এক্সিলারেটর নির্মাণের দিকে পরিচালিত করেছে। বিশাল আংটি চুম্বক তৈরির উচ্চ মূল্যের কারণে এই প্রবণতা থেমে গেছে। সবচেয়ে বড়টির ওজন প্রায় 40,000 টন। মেশিনের আকার না বাড়িয়ে শক্তি বাড়ানোর উপায়গুলি 1952 সালে লিভিংস্টন, কোরান্ট এবং স্নাইডার বিকল্প ফোকাসিং (কখনও কখনও শক্তিশালী ফোকাসিং বলা হয়) কৌশলে প্রদর্শন করেছিলেন। এই নীতির উপর ভিত্তি করে সিঙ্ক্রোট্রনগুলি আগের চেয়ে 100 গুণ ছোট চুম্বক ব্যবহার করে। এই ধরনের ফোকাসিং সমস্ত আধুনিক সিঙ্ক্রোট্রন ব্যবহার করা হয়৷
1956 সালে, কার্স্ট বুঝতে পেরেছিলেন যে যদি দুটি সেট কণাকে ছেদকারী কক্ষপথে রাখা হয় তবে তাদের সংঘর্ষ লক্ষ্য করা যেতে পারে। এই ধারণার প্রয়োগের জন্য সঞ্চয় নামক চক্রে ত্বরিত রশ্মি জমা করা প্রয়োজন। এই প্রযুক্তিটি কণার সর্বাধিক মিথস্ক্রিয়া শক্তি অর্জন করা সম্ভব করেছে৷
