粒子加速器の概要
粒子加速器は、電子、陽子、イオンなどの荷電粒子を光速に近い速度まで加速する科学的装置です。これらの加速された粒子は、物質の基本的性質を研究したり、高エネルギー衝突を生成して亜原子粒子を調査したり、医療用の粒子ビームを生成したり、材料科学研究を行ったりするために使用されます。
粒子加速器の応用
粒子加速器は、基礎研究、医療治療、産業プロセスなど、さまざまな分野で広範な応用があります。重要な応用例には、高エネルギー物理学研究、核物理学研究、医療用同位体の生産、がん治療、材料研究、放射線撮影およびイメージング、半導体製造、滅菌、環境アプリケーション、芸術分析および保存などがあります。
主要な10台の粒子加速器とその主要パラメータ
# | 粒子加速器 | タイプ | 位置 | 長さ/サイズ | エネルギー (最大) | 加速される粒子 | 主な目的 |
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1 | 大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) | シンクロトロン | CERN, スイス/フランス | 27 km (円周) | 14 TeV | 陽子、鉛イオン | 高エネルギー物理、ヒッグス粒子 |
2 | テバトロン | シンクロトロン | Fermilab, 米国 | 6.3 km (円周) | 1 TeV | 陽子、反陽子 | 高エネルギー物理、トップクォーク |
3 | 相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC) | シンクロトロン | Brookhaven, 米国 | 3.8 km (円周) | 200 GeV/核子 | 金、その他の重イオン | クォーク・グルーオンプラズマ、核物理 |
4 | スタンフォード直線加速器センター (SLAC) | リナック | Stanford, 米国 | 3 km (長さ) | 50 GeV | 電子、陽電子 | 基本粒子、自由電子レーザー |
5 | 欧州放射光施設 (ESRF) | シンクロトロン | Grenoble, フランス | 844 m (円周) | 6 GeV | 電子 | X線源、材料科学 |
6 | スーパープロトンシンクロトロン (SPS) | シンクロトロン | CERN, スイス/フランス | 7 km (円周) | 450 GeV | 陽子、重イオン | 高エネルギー物理、ニュートリノビーム |
7 | 先進光源 (APS) | シンクロトロン | Argonne, 米国 | 1.1 km (円周) | 7 GeV | 電子 | X線源、材料科学 |
8 | KEK 加速器 | シンクロトロン | Tsukuba, 日本 | 3 km (円周) | 8 GeV | 電子、陽電子 | 高エネルギー物理、Bメソン |
9 | Fermilab ブースター | シンクロトロン | Fermilab, 米国 | 474 m (円周) | 8 GeV | 陽子 | ニュートリノ実験、ミュオンビーム |
10 | 大型電子陽電子衝突型加速器 (LEP) | シンクロトロン | CERN, スイス/フランス | 27 km (円周) | 209 GeV | 電子、陽電子 | 高エネルギー物理、ZおよびWボソン |
粒子加速器の物理学と原理
粒子加速器の設計と運用は、電場と磁場の利用、相対性理論の効果、電波周波数(RF)空洞の使用、ビーム光学、および粒子の衝突と相互作用など、物理学のいくつかの基本原理に基づいています。これらの原理は、荷電粒子の運動を操作し、制御するために利用されます。
粒子加速器の種類
粒子加速器には、直線加速器(リ