Synchrotron

*Australian Synchrotron* bij Clayton, Victoria. De opslagring (doorsnee 216 m) staat centraal met de optische diagnostische bundelpijp vooraan. Binnen de opslagring zijn de lineaire versneller (LINAC) en het aansluitende ronde boostersynchrotron (doorsnee 130 m) voor de voorversnelling van elektronen zichtbaar. Deze brengen de elektronen op gang, voordat ze in de opslagring geïnjecteerd worden. Op het karretje staan twee soorten magneten, om de elektronenbundel af te buigen en te focusseren. Klik om te vergroten.

Een synchrotron is een deeltjesversneller voor deeltjes met relativistische snelheden. Net als een cyclotron is een synchrotron een versneller waarin de deeltjes een ronde baan beschrijven. In tegenstelling tot een cyclotron beschrijven alle deeltjes echter een baan met dezelfde straal. In plaats van een schijfvormige kamer wordt daarom een buis gebruikt. Rechte segmenten van die buis worden gebruikt als een lineaire versneller, en in bochten worden sterke magneten gebruikt om de deeltjes in de juiste baan te houden.

Pakketjes elektronen[bewerken | brontekst bewerken]

Bij de energieën waarbij een synchrotron werkt, hebben alle deeltjes, onafhankelijk van hun kinetische energie, dezelfde snelheid: hun snelheid benadert die van het licht. De deeltjes suizen het apparaat rond in pakketjes (bunches) die zo dicht mogelijk bij elkaar worden gehouden. Als de energie van een deeltje een klein beetje lager is dan die van de andere, zal dit deeltje achter gaan lopen, en daardoor in de versneller-gedeeltes een grotere versnelling ondervinden. Het omgekeerde geldt voor deeltjes met een te grote energie. Door deze compressie blijven de deeltjes in de pas lopen.

In moderne synchrotrons kunnen meerdere pakketjes (multibunch) met deeltjes tegelijkertijd rondlopen. De totale hoeveelheid deeltjes in de ring wordt uitgedrukt in een elektrische stroom in ampère, de stroom is het totaal aantal elementaire ladingsdragers in de ring, vermenigvuldigd met het aantal keren dat ze per seconde langskomen.

Synchrotrons kunnen niet worden gebruikt om deeltjes van stilstand af te versnellen. Daarom worden zogenaamde injectoren gebruikt om deeltjes die al een grote energie hebben in de synchrotron ring te brengen. De eerste versneller is vaak een lineaire versneller (LINAC), zoals te zien in het schema van Soleil boven. Het synchrotron zelf kan de deeltjes dan verder versnellen.

Doel[bewerken | brontekst bewerken]

In de natuurkunde worden synchrotrons voor drie totaal verschillende doelen gebruikt:

Als producent van snelle deeltjes, die daarna in een experiment buiten de ring kunnen worden gebruikt.
Als producent van snelle deeltjes, die binnen de ring met elkaar kunnen botsen: een collider.
Als producent van synchrotronstraling: de straling die snelle deeltjes uitzenden als ze gedwongen worden om door een bocht te gaan. Dit type wordt vaak lichtbron (Light Source of Photon Source) genoemd.

Deze drie doelen sluiten elkaar bijna uit, ze hebben elk hun eigen synchrotron nodig. Als voorbeeld: voor de eerste twee is de synchrotronstraling een last, want door het uitzenden van straling verliezen de deeltjes een deel van hun energie. Een synchrotron dat voor deeltjesfysica wordt gebruikt heeft daarom een zo groot mogelijke straal om de hoeveelheid synchrotronstraling bij dezelfde energie te minimaliseren.

Productie[bewerken | brontekst bewerken]

Voor het produceren van synchrotronstraling worden meestal elektronen-synchrotrons gebruikt, die naast de gewone afbuigmagneten nog andere mogelijkheden hebben om de deeltjes zo veel mogelijk straling in dezelfde richting uit te laten stralen (undulators en wigglers). De straling verlaat de ring in een zogenaamde beamline waar ze wordt gebruikt voor allerhande experimenten. De straling ligt in gebieden tussen het vacuümultraviolet en harde röntgenstraling.

Toepassingen[bewerken | brontekst bewerken]

Levenswetenschappen: kristallografie van eiwitten en grote moleculen
LIGAmicrofabricatie
Ontwikkeling van geneesmiddelen
"Burning" computerchip ontwerpen in metalen wafers
Spectroscopie met röntgenstraling om samenstelling van stoffen te bepalen
Reactie van levende cellen op geneesmiddelen
Fluorescentie-onderzoek
Halfgeleider-onderzoek
Geologische materiaalonderzoek
Beeldvormend medisch onderzoek
Protonentherapie om sommige kankers te behandelen
Confocale microscopie

Lijst synchrotrons[bewerken | brontekst bewerken]

Synchrotron	Plaats en land	Energie (GeV)	Omtrek (m)	In gebruik genomen	Gesloten
Advanced Photon Source (APS)	Argonne National Laboratory, VS	7.0	1104	1995
ISIS	Rutherford Appleton Laboratory, VK	0.8	163	1985
Australian Synchrotron	Melbourne, Australië	3	216	2006
LNLS	Campinas, Brazilië	1.37	93.2	1997
SESAME	Allaan, Jordanië	2.5	125	Under Design
Bevatron	Lawrence Berkeley Laboratory, VS	6	114	1954	1993
Advanced Light Source	Lawrence Berkeley Laboratory, VS	1.9	196.8	1993
Cosmotron	Brookhaven National Laboratory, VS	3	72	1953	1968
National Synchrotron Light Source	Brookhaven National Laboratory, VS	2.8	170	1982	2014
National Synchrotron Light Source II	Brookhaven National Laboratory, VS	3.0	792	2014
Nimrod	Rutherford Appleton Laboratory, VK	7		1957	1978
Alternating Gradient Synchrotron (AGS)	Brookhaven National Laboratory, VS	33	800	1960
Stanford Synchrotron Radiation Lightsource	SLAC National Accelerator Laboratory, VS	3	234	1973
Synchrotron Radiation Center (SRC)	Madison, VS	?	121	1968
Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS)	Cornell-universiteit, VS	5.5	768	1979
Soleil	Gif-sur-Yvette, Frankrijk	3	354	2006
Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF)	Shanghai, China	3.5	432	2007
Proton Synchrotron	CERN, Zwitserland	28	628.3	1959
Tevatron	Fermi National Accelerator Laboratory, VS	1000	6300	1983
Swiss Light Source	Paul Scherrer Institute, Zwitserland	2.8	288	2001
Large Hadron Collider (LHC)	CERN, Zwitserland	7000	26659	2008
BESSY II	Helmholtz-Zentrum Berlin in Berlijn, Duitsland	1.7	240	1998
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)	Grenoble, Frankrijk	6	844	1992
MAX-I	MAX-lab, Zweden	0.55	30	1986
MAX-II	MAX-lab, Zweden	1.5	90	1997
MAX-III	MAX-lab, Zweden	0.7	36	2008
ELETTRA	Triëst, Italië	2-2.4	260	1993
Synchrotron Radiation Source	Daresbury Laboratory, VK	2	96	1980	2008
Diamond Light Source	Oxfordshire, VK	3	561.6	2006
DORIS III	DESY, Duitsland	4.5	289	1980
PETRA II	DESY, Duitsland	12	2304	1995	2007
Canadian Light Source	University of Saskatchewan, Canada	2.9	171	2002
SPring-8	RIKEN, Japan	8	1436	1997
Taiwanese National Synchrotron Radiation Research Center	Hsinchu Science Park, Taiwan	3.3	518.4	2008
Synchrotron Light Research Institute (SLRI)	Nakhon Ratchasima, Thailand	1.2	81.4	2004
Indus 1	Raja Ramanna Centre for Advanced Technology, Indore, India	0.45		1999
Indus 2	Raja Ramanna Centre for Advanced Technology, Indore, India	2.5	36	2005
Synchrophasotron	JINR, Doebna, Sovjet-Unie	10	180	1957	2005
U-70	IHEP, Protvino, Sovjet-Unie	70		1967
CAMD	LSU, Louisiana, VS	1.5	-	-

Noot: voor deeltjesversnellers van het type collider is de energie vaak het dubbele van het getal dat hier genoemd wordt voor maar één bundel.

Zie ook[bewerken | brontekst bewerken]

Synchrotronstraling

Externe links[bewerken | brontekst bewerken]

Zie de categorie Synchrotrons van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.