Γιατί το κυκλοκολλ δεν χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση του ηλεκτρονίου;
1. Σχετικιστικές επιδράσεις:
* Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ ελαφρύτερα από τα πρωτόνια ή άλλα βαρύτερα ιόντα Καθώς τα ηλεκτρόνια επιταχύνουν τις υψηλές ταχύτητες, η ταχύτητά τους προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός. Αυτό οδηγεί σε σημαντικές σχετικιστικές επιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της αύξησης της μάζας και της αλλαγής στην ακτίνα της κυκλικής τους διαδρομής.
* Το κυκλοτόνιο βασίζεται σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο και τάση ραδιοσυχνότητας (RF) Αυτός ο σχεδιασμός λειτουργεί καλά για σωματίδια με σταθερή μάζα. Ωστόσο, η αυξανόμενη μάζα των ηλεκτρονίων λόγω σχετικιστικών επιδράσεων διαταράσσει τη συγχρονικότητα μεταξύ της τάσης RF και της κίνησης του ηλεκτρονίου, προκαλώντας τους να χάσουν ενέργεια και να μην επιταχύνουν αποτελεσματικά.
2. Ακτινοβολία synchrotron:
* Τα ηλεκτρόνια που μετακινούνται σε κυκλική διαδρομή εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ονομάζεται ακτινοβολία συγχρονισμού. Αυτή η απώλεια ακτινοβολίας είναι ανάλογη με την τέταρτη ισχύ της ενέργειας του ηλεκτρονίου.
* Για τα ηλεκτρόνια, η απώλεια ενέργειας που οφείλεται στην ακτινοβολία συγχροτρόνου γίνεται σημαντική σε σχετικά χαμηλές ενέργειες, καθιστώντας τα κυκλώματα αναποτελεσματικά για την επίτευξη υψηλών ενεργειών ηλεκτρονίων.
3. Εναλλακτικοί επιταχυντές:
* Οι γραμμικοί επιταχυντές (linacs) είναι πολύ πιο κατάλληλοι για την επιτάχυνση των ηλεκτρόνων σε υψηλές ενέργειες. Οι Linacs έχουν σχεδιαστεί για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς των κυκλοτρόνων χρησιμοποιώντας μια σειρά επιταχυνόμενων κοιλοτήτων που εφαρμόζουν μια σταθερή επιταχυνόμενη δύναμη στα ηλεκτρόνια. Αυτός ο σχεδιασμός εξαλείφει τα προβλήματα που σχετίζονται με τις σχετικιστικές επιδράσεις και την ακτινοβολία συγχρονισμού.
4. Εφαρμογές:
* Ενώ τα κυκλώματα είναι εξαιρετικά για την επιτάχυνση των πρωτονίων και των βαρύτερων ιόντων, τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλές ενέργειες, όπως ιατρικές θεραπείες (ακτινοθεραπεία) ή έρευνα σε φυσική υψηλής ενέργειας. Αυτές οι εφαρμογές εξυπηρετούνται καλύτερα από γραμμικούς επιταχυντές ή συγχροτρόνια, τα οποία μπορούν να επιτύχουν πολύ υψηλότερες ενέργειες ηλεκτρονίων.
Συνοπτικά, οι περιορισμοί του σχεδιασμού του κυκλοτότρου λόγω σχετικιστικών επιδράσεων και ακτινοβολίας συγχροτρόνου καθιστούν ακατάλληλο για την επιτάχυνση των ηλεκτρόνων σε υψηλές ενέργειες. Εναλλακτικοί επιταχυντές όπως οι γραμμικοί επιταχυντές και τα συγχροτρόνια είναι πιο αποτελεσματικά για το σκοπό αυτό.
