サイクロトロン 運動。 天文学辞典 » サイクロトロン周波数

ローレンツ力

サイクロトロン 運動

7MeV)を原子核に当てることで窒素原子核が破壊されることを発見した(1919年)。 これが最初の原子核の破壊実験であった。 この発見から、荷電粒子(、)に 7. 7MeV 程度のエネルギーを持たせるをかけて加速し、対象となる原子核に当てる(原子核にエネルギーを与える)ことで人工的に原子核が破壊できるのではないかと考えられた。 1932年にコッククロフト(Cockcroft)とウォルトン(Walton)は、当時から良く知られていた倍電圧整流回路を改良拡張することで 800kV の高電圧と、それに耐えるイオン加速管を開発し、加速した陽子を当てることで原子核を人工的に他の原子核に変換させることに成功した。 またこの実験により、からの帰結である が定量的に検証されるなど、加速器による原子核研究の端緒を開いた。 この実験の成功を契機に既に盛り上がっていた加速器開発及び原子核研究はさらに勢いを増し、原子核を構成する陽子や中性子も破壊するための巨大加速器の建設が進んで行った。 加速方式から見た加速器の種類 [ ] 静電加速器 [ ] 放射線治療用線形加速器 電極間にかけられる電圧には様々な実用上の問題から上限が存在する。 その上限を超えて粒子を加速する工夫をしたもののうち、粒子を一直線上で加速するものを線形加速器と呼ぶ。 ライナック linac やリニアック lineac とも呼ばれることがあるが、いずれも英語で線形加速器を意味する"Linear Accelerator"にちなむ。 基本的な構造は多数の筒を並べたものである。 隣り合った導体筒同士が異符号にするように電圧を印加する。 それぞれの筒の間(以下ギャップと称す)ではが存在するので粒子に力が働く。 一方、筒の内部は一様電位なので電場が存在せず、粒子は力を受けない。 筒の長さと印加する高周波のをうまく調整してやると、筒の中を通る粒子がギャップを通過する度に加速するように調整することが可能である。 この方式でエネルギーの大きなものを作ろうとすると、加速器の長さを長くしなければならない。 当然加速器が大きくなれば技術的にも敷地の点でも困難は増す。 したがって従来の線形加速器の加速エネルギーは数百MeV程度までであって、それ以上のエネルギーを必要とするときはやが用いられてきた。 この場合、シンクロトロンの入射器として線形加速器が用いられることが多い。 しかしながらに入って高エネルギー実験の最前線に挑戦する新しい線形加速器の建造が期待されるようになった。 これは電子を加速する際にシンクロトロンを用いるとシンクロトロン輻射の影響でせいぜい十数GeVのエネルギーを達成するのがやっとであるという壁に突き当たったからである。 一方、線形加速器は文字通りに真っ直ぐで加速粒子を曲げる必要が無いため、シンクロトロン輻射の影響を考える必要が無い。 加速器自体の物理的な長ささえ確保できれば、より高エネルギーまで加速することが可能である。 円形加速器 [ ] は磁場中を通るとを受けて曲げられる。 これを利用して荷電粒子に円形の軌道を描かせながら加速する加速器を作ることができる。 下記のほか、、、がある。 サイクロトロン [ ] 詳細は「」を参照 磁場を用いて荷電粒子に円形の軌道を描かせて加速する加速器のうち、磁場が時間的に変化しないものを cyclotron と呼ぶ。 古典的なサイクロトロン [ ] サイクロトロンの基本的な構成は一様磁場中に設置された2つの半円形の電極である。 電極は直線になっている側が開放された中空の構造で、開放された端が向かい合うように設置されている。 電極は真空に保たれた加速函と称する平たい円形の容器に収められている。 加速を開始するためにはサイクロトロンの中心付近に荷電粒子を入射し、電極に交流電圧をする。 電極間の電場によって加速された荷電粒子は電極の中の一様中でから受けるのみを受けて円形軌道を描き、再びギャップに到達する。 この時にちょうど反対の電場が電極間に生じるような磁場、電極間電圧の周波数を選んでやると粒子は再び加速され、もう一つの電極の中を先ほどよりの大きな円形軌道を描き飛行する。 軌道の拡大と粒子の飛行速度の増加が釣り合うため、次に粒子がギャップに到達するまでにかかる時間は先ほどと同じである(等時性)。 したがって、一旦加速を始めた粒子はギャップに到達するごとに加速され、大きなエネルギーを比較的容易に達成することができる。 粒子が電極の外周の壁に達すると偏向電極で軌道の向きを変えて、ターゲット室に導くか、窓を通して加速函の外に導かれる。 以上は理想的なサイクロトロンに関する記述であるが、実際にはいくつかの制限がある。 まず粒子の散逸を防ぎ安定した加速を実現するためには、粒子を収束(フォーカシング)する必要があり、そのためには磁場を一様な状態からずらさなければならないということである。 もう一つは、粒子が的速度(に近い速度)まで加速されると、もはや上記の等時性は成り立たず、加速を継続することが出来なくなるという点である。 これらの問題点を解消するために歴史的には様々な工夫がなされてきたが、エネルギーフロンティアの開拓はシンクロトロンに道を譲ることとなった。 現代のサイクロトロンはセクター型にすることにより上記の問題を部分的に解決し、大強度重イオン加速器としての発展に寄与している。 AVFサイクロトロン [ ] この節のが望まれています。 強収束の原理を用いた。 加速粒子から見た加速器の種類 [ ] 現代の高エネルギー加速器は一部の例外を除きシンクロトロンである。 しかし同じシンクロトロンであっても加速対象の粒子によって設計は異なる。 レプトンコライダー [ ] (主に電子・)は電荷に比べて質量が軽いため軌道を曲げるのは簡単であるが、速度が速いため円形加速器を用いた場合シンクロトロン輻射の影響でエネルギーロスが大きい。 したがってベンディングマグネットは小さいものでもかまわないが加速装置が巨大になり、設計にも困難をきたす。 そのため2019年現在において次世代高エネルギー電子コライダーとして線形加速器を用いたの建設が計画されている。 ハドロンコライダー [ ] (主に・)は電荷に比べて質量が重いため、高エネルギーで軌道を曲げてもシンクロトロン放射を起こしにくい。 そのため強力な磁石で、半径の小さな高エネルギー加速器ができる。 重イオンコライダー [ ] 高エネルギー重イオン同士の衝突のような高温高密度状態ではのような新しいが生成されると考えられているので、このような状態を作り出すための重イオン加速器が存在する。 重イオンは陽子よりもさらに曲げにくいために、その設計はより困難である。 現在、最もエネルギーの高い重イオンコライダーは、にある Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC である。 (CERN、セルン)の次世代ハドロンコライダーである(ラージハドロンコライダー,Large Hadron Collider)は重イオンコライダー実験を行うこともできるように計画されている。 加速器開発の歴史 [ ] 1952年12月に完成した「理研・第3号サイクロトロン」のイオン加速器(の展示) 初期の加速器は粒子の加速に高電圧を利用するものであった。 Sloanにより線形加速器を製造されたものの、当時の高周波電源の周波数では加速が不十分だったので、に高周波の電場と磁場による軌道の保持を使った円型の加速器 が開発され、にローレンスは( )を取得した。 に位相安定性原理を加速に用いる が誕生。 に強収束の原理が発見、粒子を加速するエネルギーはそれまでの1 - 10万倍になった。 初期の加速器では粒子を固定標的に当てて出てくる粒子を調べていたが、エネルギー効率が悪かったため2つの粒子をそれぞれ正面から衝突させるようになる。 この方法で、エネルギーがより反応へ向けられることとなった。 では1933年に、当時は教授だったがアジアで初めてを作り、原子核人工変換の実験を成功させ、続いてのも成功した。 1936年にでサイクロトロンの建設が始まり、1938年に完成、の博士らがから陽子サイクロトロンを建設した。 前・戦中に日本国内に設置されたサイクロトロンはに大小2台、に1台、に1台(建設中)あったが、()の敗戦での指示によりサイクロトロンが破壊された。 当時の部品で現存するのは、「ポール・チップ」と呼ばれる磁極として使われた鉄製円盤(直径約1メートル、厚さ約0. 15メートル、重さ約250キロ)1枚のみである。 今まで部品は全て廃棄されていたと思われていたが、京都大学の研究者が保管し続けていたという。 5月に来日したローレンスの助言により同年12月、科研(理研)で小型サイクロトロンの建設が始まり、翌1952年12月に運転を始めた。 のによる機能分離型強収斂の提案がなされる、これにより理論上100億電子ボルト 10GeV 以上の出力が可能になった。 に完成したのが東京大学原子核研究所の7億eV 700MeV 電子シンクロトロン。 電子シンクロトロンはには13億eV 1. 3GeV に到達。 に高エネルギー物理学研究所(KEK、現・)が発足し、陽子シンクロトロンの建設を開始。 そして、120億eV 12GeV の陽子シンクロトロンが完成した。 超伝導加速空洞モジュール に完成したKEKのトリスタン電子・陽電子コライダーはそれぞれの粒子を250億eV 25GeV まで加速して衝突させ、重心系衝突エネルギー500億eV 50GeV に到達した。 から世界で初めて加速空洞を大規模に導入し、にはビームエネルギー320億eV 32GeV を達成した(なお超伝導加速空洞はトリスタン実験以来、様々な大型粒子加速実験装置で採用されることになった)。 にKEKのトリスタン電子・陽電子コライダーの後続である加速器()の建設が開始、に完成。 現在に至る。 用途 [ ]• - 診断用短寿命核種を生産する。 世界の主な加速器研究施設 [ ] 日本 [ ] 基礎的分野 [ ]• (旧原子核理学研究施設)• 仁科加速器研究センター()• 医学応用分野 [ ]• - 放射光研究 [ ]• UVSOR-II• NewSUBARU• HiSOR• SAGA-LS• (施設)• (AichiSR) アメリカ合衆国 [ ] 国立施設 [ ]• 先端放射光施設• 先端放射光施設• 核破砕中性子源 ヨーロッパ連合 [ ]• ドイツ [ ]• 中華人民共和国 [ ]• 中国核破砕中性子源装置(CSNS、広東省) 参考文献・記事 [ ]• 一般社団法人 先端加速器科学技術推進協議会(2018年5月9日閲覧)。 ラザフォードの実験により必要なエネルギー量は 7. 7MeV 程度必要ではないかと考えられていたが、この実験により結局 200keV 以下でも原子核変換が可能であることが判明した。 2-3• 高のは軌道を曲げるとを発するので()、大強度の高エネルギー光線を得る目的で電子シンクロトロンを用いる場合がある。 このような施設を施設と呼んでいる。 156 - 172• original copy-books from 1923 to 1928 ETH-Libr. Zurich Hs 903: 633-638. 17 Dec 1928. 「」 、。 [ ]• 『』朝刊2018年5月2日【改革・開放40年】第2部「科技強国」 2 「実験施設狙うは一流」(1面)、「ノーベル賞へ巨額投資」(3面)。 『加速器とその応用』日本物理学会、丸善、1981年。 関連項目 [ ]• (テキサスに世界最大の加速器として計画されたが、諸般の事情から中止になった) 外部リンク [ ]• , 984 (報道発表資料、2006年12月28日、).

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サイクロトロン共鳴周波数・振動数

サイクロトロン 運動

7MeV)を原子核に当てることで窒素原子核が破壊されることを発見した(1919年)。 これが最初の原子核の破壊実験であった。 この発見から、荷電粒子(、)に 7. 7MeV 程度のエネルギーを持たせるをかけて加速し、対象となる原子核に当てる(原子核にエネルギーを与える)ことで人工的に原子核が破壊できるのではないかと考えられた。 1932年にコッククロフト(Cockcroft)とウォルトン(Walton)は、当時から良く知られていた倍電圧整流回路を改良拡張することで 800kV の高電圧と、それに耐えるイオン加速管を開発し、加速した陽子を当てることで原子核を人工的に他の原子核に変換させることに成功した。 またこの実験により、からの帰結である が定量的に検証されるなど、加速器による原子核研究の端緒を開いた。 この実験の成功を契機に既に盛り上がっていた加速器開発及び原子核研究はさらに勢いを増し、原子核を構成する陽子や中性子も破壊するための巨大加速器の建設が進んで行った。 加速方式から見た加速器の種類 [ ] 静電加速器 [ ] 放射線治療用線形加速器 電極間にかけられる電圧には様々な実用上の問題から上限が存在する。 その上限を超えて粒子を加速する工夫をしたもののうち、粒子を一直線上で加速するものを線形加速器と呼ぶ。 ライナック linac やリニアック lineac とも呼ばれることがあるが、いずれも英語で線形加速器を意味する"Linear Accelerator"にちなむ。 基本的な構造は多数の筒を並べたものである。 隣り合った導体筒同士が異符号にするように電圧を印加する。 それぞれの筒の間(以下ギャップと称す)ではが存在するので粒子に力が働く。 一方、筒の内部は一様電位なので電場が存在せず、粒子は力を受けない。 筒の長さと印加する高周波のをうまく調整してやると、筒の中を通る粒子がギャップを通過する度に加速するように調整することが可能である。 この方式でエネルギーの大きなものを作ろうとすると、加速器の長さを長くしなければならない。 当然加速器が大きくなれば技術的にも敷地の点でも困難は増す。 したがって従来の線形加速器の加速エネルギーは数百MeV程度までであって、それ以上のエネルギーを必要とするときはやが用いられてきた。 この場合、シンクロトロンの入射器として線形加速器が用いられることが多い。 しかしながらに入って高エネルギー実験の最前線に挑戦する新しい線形加速器の建造が期待されるようになった。 これは電子を加速する際にシンクロトロンを用いるとシンクロトロン輻射の影響でせいぜい十数GeVのエネルギーを達成するのがやっとであるという壁に突き当たったからである。 一方、線形加速器は文字通りに真っ直ぐで加速粒子を曲げる必要が無いため、シンクロトロン輻射の影響を考える必要が無い。 加速器自体の物理的な長ささえ確保できれば、より高エネルギーまで加速することが可能である。 円形加速器 [ ] は磁場中を通るとを受けて曲げられる。 これを利用して荷電粒子に円形の軌道を描かせながら加速する加速器を作ることができる。 下記のほか、、、がある。 サイクロトロン [ ] 詳細は「」を参照 磁場を用いて荷電粒子に円形の軌道を描かせて加速する加速器のうち、磁場が時間的に変化しないものを cyclotron と呼ぶ。 古典的なサイクロトロン [ ] サイクロトロンの基本的な構成は一様磁場中に設置された2つの半円形の電極である。 電極は直線になっている側が開放された中空の構造で、開放された端が向かい合うように設置されている。 電極は真空に保たれた加速函と称する平たい円形の容器に収められている。 加速を開始するためにはサイクロトロンの中心付近に荷電粒子を入射し、電極に交流電圧をする。 電極間の電場によって加速された荷電粒子は電極の中の一様中でから受けるのみを受けて円形軌道を描き、再びギャップに到達する。 この時にちょうど反対の電場が電極間に生じるような磁場、電極間電圧の周波数を選んでやると粒子は再び加速され、もう一つの電極の中を先ほどよりの大きな円形軌道を描き飛行する。 軌道の拡大と粒子の飛行速度の増加が釣り合うため、次に粒子がギャップに到達するまでにかかる時間は先ほどと同じである(等時性)。 したがって、一旦加速を始めた粒子はギャップに到達するごとに加速され、大きなエネルギーを比較的容易に達成することができる。 粒子が電極の外周の壁に達すると偏向電極で軌道の向きを変えて、ターゲット室に導くか、窓を通して加速函の外に導かれる。 以上は理想的なサイクロトロンに関する記述であるが、実際にはいくつかの制限がある。 まず粒子の散逸を防ぎ安定した加速を実現するためには、粒子を収束(フォーカシング)する必要があり、そのためには磁場を一様な状態からずらさなければならないということである。 もう一つは、粒子が的速度(に近い速度)まで加速されると、もはや上記の等時性は成り立たず、加速を継続することが出来なくなるという点である。 これらの問題点を解消するために歴史的には様々な工夫がなされてきたが、エネルギーフロンティアの開拓はシンクロトロンに道を譲ることとなった。 現代のサイクロトロンはセクター型にすることにより上記の問題を部分的に解決し、大強度重イオン加速器としての発展に寄与している。 AVFサイクロトロン [ ] この節のが望まれています。 強収束の原理を用いた。 加速粒子から見た加速器の種類 [ ] 現代の高エネルギー加速器は一部の例外を除きシンクロトロンである。 しかし同じシンクロトロンであっても加速対象の粒子によって設計は異なる。 レプトンコライダー [ ] (主に電子・)は電荷に比べて質量が軽いため軌道を曲げるのは簡単であるが、速度が速いため円形加速器を用いた場合シンクロトロン輻射の影響でエネルギーロスが大きい。 したがってベンディングマグネットは小さいものでもかまわないが加速装置が巨大になり、設計にも困難をきたす。 そのため2019年現在において次世代高エネルギー電子コライダーとして線形加速器を用いたの建設が計画されている。 ハドロンコライダー [ ] (主に・)は電荷に比べて質量が重いため、高エネルギーで軌道を曲げてもシンクロトロン放射を起こしにくい。 そのため強力な磁石で、半径の小さな高エネルギー加速器ができる。 重イオンコライダー [ ] 高エネルギー重イオン同士の衝突のような高温高密度状態ではのような新しいが生成されると考えられているので、このような状態を作り出すための重イオン加速器が存在する。 重イオンは陽子よりもさらに曲げにくいために、その設計はより困難である。 現在、最もエネルギーの高い重イオンコライダーは、にある Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC である。 (CERN、セルン)の次世代ハドロンコライダーである(ラージハドロンコライダー,Large Hadron Collider)は重イオンコライダー実験を行うこともできるように計画されている。 加速器開発の歴史 [ ] 1952年12月に完成した「理研・第3号サイクロトロン」のイオン加速器(の展示) 初期の加速器は粒子の加速に高電圧を利用するものであった。 Sloanにより線形加速器を製造されたものの、当時の高周波電源の周波数では加速が不十分だったので、に高周波の電場と磁場による軌道の保持を使った円型の加速器 が開発され、にローレンスは( )を取得した。 に位相安定性原理を加速に用いる が誕生。 に強収束の原理が発見、粒子を加速するエネルギーはそれまでの1 - 10万倍になった。 初期の加速器では粒子を固定標的に当てて出てくる粒子を調べていたが、エネルギー効率が悪かったため2つの粒子をそれぞれ正面から衝突させるようになる。 この方法で、エネルギーがより反応へ向けられることとなった。 では1933年に、当時は教授だったがアジアで初めてを作り、原子核人工変換の実験を成功させ、続いてのも成功した。 1936年にでサイクロトロンの建設が始まり、1938年に完成、の博士らがから陽子サイクロトロンを建設した。 前・戦中に日本国内に設置されたサイクロトロンはに大小2台、に1台、に1台(建設中)あったが、()の敗戦での指示によりサイクロトロンが破壊された。 当時の部品で現存するのは、「ポール・チップ」と呼ばれる磁極として使われた鉄製円盤(直径約1メートル、厚さ約0. 15メートル、重さ約250キロ)1枚のみである。 今まで部品は全て廃棄されていたと思われていたが、京都大学の研究者が保管し続けていたという。 5月に来日したローレンスの助言により同年12月、科研(理研)で小型サイクロトロンの建設が始まり、翌1952年12月に運転を始めた。 のによる機能分離型強収斂の提案がなされる、これにより理論上100億電子ボルト 10GeV 以上の出力が可能になった。 に完成したのが東京大学原子核研究所の7億eV 700MeV 電子シンクロトロン。 電子シンクロトロンはには13億eV 1. 3GeV に到達。 に高エネルギー物理学研究所(KEK、現・)が発足し、陽子シンクロトロンの建設を開始。 そして、120億eV 12GeV の陽子シンクロトロンが完成した。 超伝導加速空洞モジュール に完成したKEKのトリスタン電子・陽電子コライダーはそれぞれの粒子を250億eV 25GeV まで加速して衝突させ、重心系衝突エネルギー500億eV 50GeV に到達した。 から世界で初めて加速空洞を大規模に導入し、にはビームエネルギー320億eV 32GeV を達成した(なお超伝導加速空洞はトリスタン実験以来、様々な大型粒子加速実験装置で採用されることになった)。 にKEKのトリスタン電子・陽電子コライダーの後続である加速器()の建設が開始、に完成。 現在に至る。 用途 [ ]• - 診断用短寿命核種を生産する。 世界の主な加速器研究施設 [ ] 日本 [ ] 基礎的分野 [ ]• (旧原子核理学研究施設)• 仁科加速器研究センター()• 医学応用分野 [ ]• - 放射光研究 [ ]• UVSOR-II• NewSUBARU• HiSOR• SAGA-LS• (施設)• (AichiSR) アメリカ合衆国 [ ] 国立施設 [ ]• 先端放射光施設• 先端放射光施設• 核破砕中性子源 ヨーロッパ連合 [ ]• ドイツ [ ]• 中華人民共和国 [ ]• 中国核破砕中性子源装置(CSNS、広東省) 参考文献・記事 [ ]• 一般社団法人 先端加速器科学技術推進協議会(2018年5月9日閲覧)。 ラザフォードの実験により必要なエネルギー量は 7. 7MeV 程度必要ではないかと考えられていたが、この実験により結局 200keV 以下でも原子核変換が可能であることが判明した。 2-3• 高のは軌道を曲げるとを発するので()、大強度の高エネルギー光線を得る目的で電子シンクロトロンを用いる場合がある。 このような施設を施設と呼んでいる。 156 - 172• original copy-books from 1923 to 1928 ETH-Libr. Zurich Hs 903: 633-638. 17 Dec 1928. 「」 、。 [ ]• 『』朝刊2018年5月2日【改革・開放40年】第2部「科技強国」 2 「実験施設狙うは一流」(1面)、「ノーベル賞へ巨額投資」(3面)。 『加速器とその応用』日本物理学会、丸善、1981年。 関連項目 [ ]• (テキサスに世界最大の加速器として計画されたが、諸般の事情から中止になった) 外部リンク [ ]• , 984 (報道発表資料、2006年12月28日、).

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