SINCROTRONE

SINCROTRONE

. Macchina elettromagnetica proposta nel 1945 da E.M. McMillan e da V. Veksler per l'accelerazione di ioni fino a valori molto elevati dell'energia (centinaia di milioni di elettrone-volt). Il principio di funzionamento è sostanzialmente quello di un ciclotrone, modificato però in modo tale da rendere possibile il raggiungimento di energie per le quali divenga sensibile la variazione relativistica della massa degli ioni accelerati.

Come nel ciclotrone, infatti, gli ioni vengono mantenuti su orbite circolari mediante un intenso campo magnetico H, e la loro accelerazione viene realizzata a mezzo di un campo elettrico variabile nel tempo, con pulsazione ω. Indicando con e la carica degli ioni accelerati e con m la loro massa, la condizione che deve essere soddisfatta affinché si abbia il sincronismo tra il variare del campo elettrico e il periodo di rotazione delle particelle stesse, è espressa dalla relazione:

dove c indica la velocità della luce. Quando però la velocità v degli ioni assume valori per cui diventa sensibile la variazione relativistica della massa, giusta l'espressione:

la condizione di sincronismo [1] può essere mantenuta solo mediante uno dei seguenti artifizî: facendo decrescere il valore della pulsazione ω del campo elettrico, ciò che si fa nel ciclotrone modulato in frequenza, o sincro-ciclotrone (v. ciclotrone, in questa App.); aumentando proporzionalmente il campo magnetico H. Nel sincrotrone si fa uso appunto di questo ultimo accorgimento. In realtà sarebbe estremamente difficile sincronizzare la variazione di H con ogni successiva accelerazione subìta dagli ioni nel passaggio da una D all'altra; pertanto, a differenza del ciclotrone, in questa macchina le condizioni di funzionamento vengono scelte in modo che gli ioni si muovano a gruppi, mantenendo fasi di rotazione tali da passare da un elettrodo all'altro quando il campo elettrico fra essi è nullo. Un lento aumento del valore di H causa allora un corrispondente aumento di m, e quindi dell'energia degli ioni. In questo modo si rende automatica la sincronizzazione.

Il sincrotrone è particolarmente adatto all'accelerazione di ioni leggeri (elettroni). Questi infatti possono esservi facilmente iniettati con velocità già prossima a quella della luce in modo da muoversi poi nella macchina a velocità praticamente costante, uguale circa a c. In questo caso, poiché rimane costante pure ω, le orbite percorse saranno dei cerchi a raggio costante

questa circostanza semplifica notevolmente la costruzione di un sincrotrone rispetto a quella di un ciclotrone. Lo spazio in cui si debbono muovere gli ioni può, nel sincrotrone, essere ridotto ad un anello cavo, immerso entro un campo magnetico generato tra le espansioni polari di forma anulare di un elettromagnete. Entro questo anello, nel quale si pratica un vuoto molto spinto, trovano posto quattro elettrodi cavi, che sostituiscono le D del ciclotrone, collegati a coppie alterne ad un generatore ad alta frequenza.

Bibl.: E.M. McMillan, in Physical Review, LXVIII, 1945, p. 143; V. Veksler, in Journal de Physique de l'URSS, IX, 1945, p. 153.