O ‘ZBE K IS T O N R E S P U B L I K A S I O L I Y
VA
O ‘RTA MAXS U S TA’ L I M VA Z I R L I G I
MIR ZO U L U G ‘BE K NOMIDAGI
O ‘ZBE K IS T O N M I L L I Y U N IVE R S IT E T I
F I Z I K A FA K U LT E T I
F-2001 guruh talabasi Mirzahakimov Sarvar
Atom yadrosi va elementar zarralar fizikasi fanidan
“ Sinxrotron nurlanishlar va uning
qo’llanilishi ”
mavzusida tayyorlagan
MU STAQ IL ISHISI
Qabul qildi:
Toshkent-2022
Reja :
I.Kirish
II.
Asosiy qism
2.1
Sinxrotron. Tezlatgichlar klassifikatsiyasi va sinxrotronning boshqa
tur tezlatgichlardan farqi
2.2
Sinxrotron nurlanishlar haqida tushuncha
2.3
Sokolov-Ter nov effekti
2.4
Koinotda sinxrotron nurlanishlar
2 . 5 Sinxrotron nurlanishlarning tibbiyotda qo’llanilishi
III.Xulosa
IV. Foydalanilgan adabiyotlar
Kirish
X X asr yadro fizikasi taraqqiyoti uchun muhim davr hisoblanadi. Mazkur
fan asosini tashkil etuvchi ilmiy kashfiyotlar ayni shu davrda yaratildi. O’z nav-
batida bu kashfiyotlar insoniyat oldiga yangi savvollarni qo’ya boshladi. Zarralar ni
tezlatish va bu orqali fundamental zarralarning massasini aniqlash, ularning ichki
strukturasini va boshqa fizik xususiyatlarini o’rganish ana shunday muam- m oli
masalalardan biri edi.
Ernest O.Lourens tomonidan Berkli Kalifor ni y a
Universitetida 1929-1930-yillarda ixtiro qilingan va 1932-yilda patentlan gan
birinchi siklotron bu sohadagi ilmiy izlanishlar ko’lamini kengayishiga olib
keldi. 1944- yilda Vladimir Veksler tomonidan siklotronlar asosida yangi tur
tezlatgich - sinxrotron ixtiro qilindi. 1945-yilda Edvin Makm illan birinchi elek-
tron sinxrotronni yaratgan bo’lsa, birinchi proton sinxrotron 1952-yilda Markus
Olifant loyihasi asosida ishga tushirildi. 1947-yilda elektron sinxrotronda tajriba
o’tkazayotgan Floyd Haber tasodifan yangi tur nurlanishlarni kashf etdi.[4]
Ushbu turdagi nurlanish sinxrotronda elektronlarni 70 MeV dan yuqori en-
ergiyalargacha tezlatish vaqtida kuzatildi. Sozlash paytida sinxrotron kamerasin- ing
shaffof bo’lm agan metall qopqog’i olib tashlanadi va bu hosil bo’layo tg an
nurlanishlarni kamera tashqarisida kuzatish imkonini beradi. Ko’zga ko’rinad iga n
ushbu yorug’likni elektronlar vujudga keltirgan bo’lsada u ilk bor sinxrotr o nda
hosil qilingani uchun bu turdagi nurlanishlar sinxrotron nurlanishlar deb atala
boshlandi.
Keyinchalik olib borilgan ilmiy izlanishlar ushbu tur nurlanish-
larni infraqizil va rentgen nurlari diapazonida ham olish mumkinligini ko’rsatdi.
Shott, Shved olimlari X.Alfven va M.Xerlofson, Rossiya nazariyotch ilar i
V.L.Ginzburg, I.S.Shklovskiy sinxrotron nurlanishlarning klassik nazar iyasi
orqali astrofizika
va
radioastronomiyadagi
ahamiyatini
ko’rsatib
berdi.
Sinxrotron nurlanishlar bugungi kun tibbiyotida kasalliklarni erta tashxis lash-
diagnostika maqsadida ham keng qo’llanilm oqda.[3]
Ku r s ishi mavzusining dolzarbligi: Katta portlashdan oldingi voqelik lar
qa-tori bugungi kun astronom lari uchun sirli bo’lib qolayotgan obyekt - qora o’rala r
(shuningdek, pulsarlar) koinotning bizga ma’lum bo’lgan qismining 85% ni
tashkil etadi. Bu kabi obyektlarning sinxrotron nurlanishlarni vujudga keltirishi
ushbu tur nurlanishlarning xarakteristikalarini o’rganish naqadar ahamiyatli ekan-
ligini ko’rsatadi. Tobora ”yosharib” borayotgan onkologik kasalliklarni aniqlashd a
zamonaviy, samarador diagnostika qurilmalarini ishlab chiqish va amaliyo tg a
joriy qilish tibbiyot fizikasi fanining dolzarb muamm olaridan biridir. Sinxrotr o n
nurlanish ta’sirida an’anaviy Rentgen trubkalaridagiga qaraganda pastroq dozadag i
rentgen nurlanishlarini hosil qilish mumkinligi mavzuning naqadar ahamiy atli
ekanligini ko’rsatadi.
Ku r s ishining maqsadi:
Sinxrotron nurlanishlarning tabiiy va
sun’iy man-balari, amaliy va nazariy asoslari va ahamiyati haqida yangi
bilimlarni o’rganish.
Ku r s ishining vazifasi: Kurs ishidan ko’zlangan maqsadga erishish.
Ku r s ishining hajmi:
2.1-bo’lim da sinxrotron nurlanishlarni hosil
qiluvchi manba -sinxrotronning ixtiro qilinishi, ishlash prinsipi, turlari haqida
so’z borsa, 2.2-bo’lim da sinxrotron nurlanishlar va ularning spektri haqida
ma’lum otlar keltirilgan. Relativistik tezliklarda harakatlanayotgan zarralar da
kuzatiladigan qutblanish hodisasi borasidagi ma’lum otlar bayon etilgan.
Keyingi 2 bo’lim esa sinxrotron nurlanishlarning amaliy ahamiyatiga to’xtalib
o’tildi.
Asosiy qism
2.1 Sinxrotron. Tezlatgichlar klassifikatsiyasi va
sinxrotronning boshqa tur tezlatgichlardan farqi
Zarra bilan yadro yoki yadro bilan yadro yadroviy kuch ta’sir radiusi
(10
−13
sm) qadar yaqinlashib , o’zaro ta’sirlashishi natijasida yadro turli
o’zgarishi yoki yadro zarralarining qayta taqsim lanishi mumkin. Yadr ovi y
reaksiya deb ata-ladigan bunday jarayonda yadro uyg’onadi yoki yangi zarralar
hosil bo’ladi. Shunday qilib , yadroviy reaksiyani hosil qilish uchun
yadrolarni katta en-ergiyali zarralar yoki yadrolar bilan bombardim on qilish
kerak . Bunday yuqori energiyali zarralar radioaktiv yemirilishda hosil bo’ladi.
Masalan, alfa - ra-dioaktiv yadrolar yemirilishda 4-9 MeV energiyali alfa -
zarralar oqimi hosil bo’ladi. Kosmik nurlar tarkibida juda katta energiyali
zarralar ham uchraydi. Lekin intensivligi kam bo’lganligi uchun ular dan
yadroviy reaksiyalarni amalga oshirishda foydalanib bo’lm aydi.
Yadro va
elementar
zarralar
xususiyatlar-ini
keng
o’rganishlik
uchun
yuqor i
energiyagacha
tezlatib
beruvchi
tezlatgich-lar
yaratilishi
juda
muhim
hisoblanadi.
Hozirgi vaqtda yaratilgan tezlatgich-lar yordam ida turli xil
reaksiyalar o’tkazilm oqda. Yadro tuzilishini o’rganish, yadro reaksiyalar ini
amalga oshirish hamda elementar zarralar xususiyatlarini aniqlash va boshqa
ko’plab muam m olarni hal qilish uchun yuqori energiya-gacha tezlashtirilg an
katta oqimdagi zarralar dastasi talab etiladi. Tezlatgichlar 1930 - yillar d an
boshlab qurila boshlandi. Dastlabki tezlatgichlar energiyalari bir necha MeV
bo’lsa, hozirgi vaqtda bir necha GeV energiyagacha yetkazildi. Zaryadli
zarralarni tezlatish odatda elektr maydonda yoki elektr va magnit may-donlar
birgalikda amalga oshiriladi. Tezlatgichlar tezlashtiruvchi maydon turiga qarab
zarralar oqimini fokuslashi, tezlashtirilayotgan zarralar xili , erishgan en-
ergiyalariga ko’ra turlicha nomlar bilan ataladi. To’g’r i ta’sirli tezlatgic hlar
zarra tezlatuvchi maydonidan o’tishda bir marotaba energiyasini oshirsa, ko’p
karrali ta’sirli tezlatgichlarda esa shu maydondan zarra bir necha marotaba en-
ergiya orttirm asi oladi. Yuqor i voltli tezlatgichda energiya orttirm asi potensial-
lar ayirmasiga to’g’ri kelsa , induksiyali tezlatgichda magnit oqimi o’zgarish ig a
mos keluvchi uyurma elektr maydoni rezonans tezlatgichlarda esa yuqori chas-
totali o’zgaruvchi elektr maydon kattaliklariga mos keladi. Chiziqli tezlatgic h-
larda zarralar to’g’ri chiziq bo’ylab harakatlansa, siklik tezlatgichlarda aylana
yoki spiralsim on harakatlanadi. Uzluksiz oqimli tezlatgichlarda zarralar oqim i
o‘zgarm as bo’lsa, impulslilarida esa zarra dastasi ma’lum vaqt oralig‘ida te-
zlashtiriladi. Odatda tezlashtirilgan zarralar qo‘zg‘almas nishonga yo‘naltiriladi.
Qarama-qarshi oqimda tezlashtirilganda o‘zaro massalar teng ma’lum impulsg a
ega bo’lgan zarralar bir-biriga qarama-qarshi yo‘nalishda ta’sirlashadi. Barcha
tezlatgichlarda
zarralarni
tezlatish
jarayonida
fokuslab
turishlik
lozim .
Ko‘ndalan g Radial va vertikal tekislik bo‘yicha fokuslash magnit maydon ning
radius bo‘yicha kamayib borishi bilan amalga oshiriladi.
Bunda magnit
maydonning pasayish darajasi 0 < n < 1 oralig‘ida bo’ladi.
Bu xil
fokuslashga yumshoq (kuchsiz) fokuslash deb ataladi. Bu xil fokuslas h da
vakuum kamera va magnit o‘lchami otib ketadi, natijada tezlatgich narxin ing
juda yuqori boMishiga olib keladi. Juda yuqori energiyali tezlatgichlar da
kuchli fokuslash usuli qo‘llanilm oqda, bunda zarralar oqimi turli magnit
qismlaridan o‘tishda har xil ishorali katta gradient maydonga keladi. Zarralar
oqimi gorizontal va vertikal yo‘nalishlar bo‘yicha ketma-ket fokuslanib,
defokuslanadi. Rezonans tezlatgichlarda zarralar oqimi bo‘ylam a yo‘nalish
bo‘yicha, ya’ni zarralar aylanish chatotasi bilan te-zlashtiruvchi elektr maydo n
chastotalarining rezonansini ta’minlash elektr may-don chastotasini yoki magnit
maydonni vaqt bo‘yicha o‘zgartirishlik bilan amalga oshiriladi. Tezlatgichla r da
zarralar
energiyasi
va
zarralar
oqimi
intensivligi muhim
xususiyati
hisoblanadi. Intensivligi oqim toq kuchi I = qN bilan ifo-dalanadi. Siklik
tezlatgichlarda tezlashtiriladigan zarralar tezlashtiruvchi may-donga takror-
takror kiritilib, energiyasini oshirib boradi. Birinchi tezlatgichlar-dan siklotr on
1930-yilda Lourens(1901 — 1958) tomonidan qurildi. Siklotron ikkita duant,
ionlar manbayi, tezlashtiruvchi yuqori chastotali elektr kuchlanish manbayi,
magnit maydonlardan iborat. Duant magnit qutblari orasiga joylashtir-ilg an.
Elektr maydon duantlar uchlariga beriladi.
Ion (zaryadli zarralar) ion
manbayidan chiqishi bilan duantning manfiy qutbiga tortilib, energiyasini os-
hiradi, bu ion magnit maydon ta’sirida duant ichkarisida yarim aylana shaklid a
aylanadi, yarim davr T /2 oralig’ida qarama-qarshi duant chegarasiga keladi, bu
paytda duant ishorasini o‘zgartiradi, yana energiyasini oshiradi va h.k. Shunda y
qilib, siklotronda ion (zarra) rezonans energiyasini orttirib borishi uchun elektr
maydon chastotasi ion (zarra)ning duant ichida aylanish chastotasiga mos kel-
ishi talab etiladi. Siklotronda elektr maydon ion (zarra)ga tezlanish beradi:
(1)
bunda eZ - ion zaryadi, E- elektr maydon kuchlanganligi, magnit maydoni esa
ion (zarra) larni egadi (buradi):
(2)
bunda v - zarra tezligi, H- magnit maydon kuchlanganligi. Ma’lumki,
egri chiz-iqli harakatda markazdan qochma kuch vujudga keladi:
(3)
Tezlashtirilayotgan ion (zarra) orbitada aylanib energiyasini oshirib
borishligi uchun (2) va (3) kuchlar o‘zaro teng bo’lishi kerak:
bundan (4)
ekanligini hisobga olib
(5)
z
(5)- zarraning duantda aylanish chastotasi ω
z
ni ifodalaydi. Siklotr on d a
ion T /2 davr ichida energiyani oshirib spiralsim on harakat qiladi. Rezon ans
rav-ishda energiyani oshirib borishligi uchun zarra aylanish chastotasi ω har
doim tezlashtiruvchi
generator
chastotasi
ω
g
ga teng bo’lishi kerak.
Tezlashtiruvchi elektr maydon kuchlanishi 100 kV bo’ladi. Siklotronda zarra
maksim um en-ergiyasi tezlatuvchi maydon kattaligiga bog’liq bo‘lm asda n,
magnit maydon kuchlanganligi H radius R ga bog’liq. Haqiqatan ham v = ω R
kinetik energiya:
(6)
Siklotronda zarralar energiyasini cheksiz oshira borish mumkin emas,
chunki zarra energiyasi ortishi bilan massasi relyativistik otrib, zarranin g
aylanish chas-totasi ω
z
kamayishiga olib keladi, natijada tezlashtir uv chi
maydon chatotasi ω
H
sidagi moslikni buzilishiga, rezonans yo‘qolishiga olib
keladi.
(5) ifo-dadan ko‘rinadiki, siklotron yengil zarralarni (elektr on)
tezlashtirishga yaroq-siz, chunki yengil zarra massasi tezda relyativistik ortib
ketadi. Siklotron pro-ton, alfa-zarra, og’ir ionlarni tezlashtirishga xosdir.
Sinxrosiklot ron - siklotronning modifikatsiya qilingan varianti. Bunda
sik-lotrondan farqli ravishda tezlashtiruvchi elektr maydon chastotasi zarra
aylanish chatotasining kamayishiga mos ravishda kamayib boradi. Tezlatish
jarayonida
zarralar
barqaror
oqimini
avtomatik
ravishda
hosil qilish
avtofazirovka prinsip-ini 1944 — 1945-yillarda V.I.Veksler (1907 — 1966),
Mak-Millan (1907-y.t.) ishlab chiqishdi. Zarra aylanish chastotasi kamay ishi
avval bayon qilinganidek, massasining
relyativistik
ortishi va magn it
maydonning birmuncha kamayishi sababidan sinxrosiklotron impuls tarzida
ishlaydi, zarralar oqimi intensivligi siklotrondagidan birmuncha kichik, bu
tezlatgich ham og’ir zaryadli zarralar proton, deytron, alfa, ionlarni 1 GeV
energiyagacha tezlashtiradi.
Sinxrosik-lotronda zarra tezlashtiruvchi kamera
markazidan chetlarigacha spiralsim on ay-lanib boraveradi. Energiyasi ortishi
bilan kamera o’lchami ham ortib boradi, kameraning to‘la hajmi magnit qutblari
orasida joylashgan bo‘ladi, bu esa ko‘p tonnalab temir elementini bo‘lishli gi ni
talab etadi, qurilm a tannarxining keskin ortib ketishiga olib keladi.
Sinxrosiklotronda zarra maksim um energiyasi W 1 GeV dan oshm aydi,
chunki tezlashtiruvchi elektr maydoni chastotasining keskin kamayishi imkon
bermaydi. Bundan tashqari zarra orbitasi otrib borishi bilan magnit maydoni
kamayishi juda katta radiusni tashkil etadi. Masalan: sinxrosiklotronda zarra
energiyasi W = 10 GeV bo‘lsa, magnit maydon H dastlabki H
0
= 18000 erst
dan H = 14500 erst gacha kamayadi, radiusi R = 25 m bo’lib, magnit og‘ir li gi
1, 5·10
6
t bo’ladi. Shuning uchun energiyasini oshirishning boshqa usuli
sinxrofazotronda zarrani o‘zgarm as radiusda tezlatishdir.
Sinxrofazotronda zarra aylana halqada va to‘g‘ri chiziqli harakatda
qatnashadi, tezlashtiruvchi rezonator halqa va to‘g‘ri chiziqli bo’laklar orasiga
joylashgan. Tezlashtirilayotgan zarralar o‘zgarm as orbitada harakatlanishi uchun
orbitaga
yetarli
darajada
tezlashtirilib
injeksiya
(purkash)
qilinadi.
Sinxrofazotroning maksim um energiyasi injeksiya energiyasiga bog’liq.
Injeksiya energiyasi qan-cha ortsa, sinxrofazotron energiyasi kvadratik marotaba
ortib boradi. Hozirgi vaqtda ko‘plab sinxrofazotronlar ishlab turibdi, masalan,
AQSH, Bataviyada 500 GeV energiyali, kelajakda maksim um energiy asini
1000 GeV gacha os-hirm oqchi,
Serpuxovda
76 GeV
li, kelajakda
energiyasini 3000 GeV gacha yetkazishlikni rejalashtirgan.[2]
Sinxrotron - siklotrondan tezlashib chiqqan zarrachalar tezlatgichinin g
ma’lum bir turi bo’lib , unda tezlashuvchi zarrachalar dastasi yopiq kontur bo’ylab
harakat-lanadi.
Magnit maydon tezlashtirish jarayonida vaqt o’tishi bilan
ortadi va zarrachalar dastasi trayektoriyasini yopiq yo’lak tomonga egadi.
Magnit may-doni zarrachalarning ortib borayotgan kinetik
energiy asiga
sinxronlashtiriladi.
Elektron dastasini
fokuslash
va tezlashtirishni
turli
komponentlarga ajratish orqalI amalga oshirish mumkin. Eng kuchli zamonaviy
zarracha tezlatgichlarida sinxrotron dizayni versiyalaridan foydalaniladi. Eng
yirik sinxrotron tipidagi tezlatkich, shuningdek, dunyodagi eng katta zarracha
tezlatgichi 2008-yilda Yevropa yadroviy tadqiqotlar tashkiloti (CER N )
tomonidan qurilgan, Shveytsariya, Jeneva yaqinidagi aylanasi 27 kilom etr (17
mil) bo‘lgan Katta adron kollayderidir . U proton nurlarini 6,5
Rasim 1. Sinxronning umumiy ko`rinishi
teraelektronvolt (TeV) energiyagacha tezlashtirishi mumkin.[4]
Bugungi kunda sinxrotron mashinalarining bir nechta maxsus turlar i
qo’llaniladi:
• Saqlash halqasi sinxrotronning maxsus turi bo’lib, unda zarrachalarn-
ing kinetik energiyasi doimiy saqlanadi.
Rasm 2: Saqlash halqasining tuzilishi
• Sinxrotron yorug
′
lik manbayi
( S LS ) - bu turli xil elektr on
tezlatgich turlarining kombinatsiyasi, shu jumladan kerakli elektrom ag nit
nurlanish hosil bo’ladigan
saqlash
halqasidir.
Saqlash halqasig a
qo’shim cha rav-ishda, sinxrotron yorug’lik manbayi odatda chiziqli
tezlatgichni (linac) va kuchaytiruvchi (booster) deb ataladigan boshqa
sinxrotronni o’z ichiga oladi.
Linac va kuchaytirgich elektronlar ni
saqlash halqasiga kirishidan oldin ularning energiyasiga ketma- ket
tezlashtirish uchun ishlatiladi.
• Siklik to
′
qnasht irgich
(cyclic collider)
turli xil
tezlatgic h
turlarin-ing kombinatsiyasi bo’lib, ikkita kesishuvchi saqlash halqalari va
tegishli dastlabki tez-latgichlarni o’z ichiga oladi.
Sinxrotron siklotrondan, birinchi siklik zarracha tezlatgichidan paydo
bo’lgan. Klassik siklotron doim iy yo’naltiruvchi magnit maydondan ham,
doim iy chas-totali elektrom agnit maydondan ham foydalansa, uning vorisi
izoxron siklotron yo’naltiruvchi magnit maydonning o’zgar is hlar i bilan
ishlaydi va tezlanish paytida zarralarning ortib borayotgan relativistik
massasiga moslashadi. Sinxrotronda
bu moslashuv magnit maydon kuchini fazoda emas, balki vaqt bo’yich a
o’zgartirish orqali amalga oshiriladi. Yorug’lik tezligiga yaqin bo’lm ag an
zarralar uchun qo’llaniladigan elektrom agnit maydonning chastotasi ham
ularning doim iy bo’lm agan aylanish vaqtiga qarab o’zgar ishi mum kin.
Vakuum kamerasining yupqa profili magnit maydonlardan siklotr on ga
qaraganda samaraliroq foydalanish imkonini beradi, bu esa kattaroq
sinxrotronlarni tejamkorlik bilan qurish imkonini beradi.
Kosmotron kabi birinchi sinxrotronlar va saqlash halqalari toroid
shaklidan qat’iy foydalangan bo’lsa-da, Ernest Courant va Nikolay
Kristofilos tomonidan mustaqil ravishda kashf etilgan kuchli fokus lash
printsipi tezlatgichni zarrachalar yo’li bo’ylab maxsus funksiyalarga ega
bo’lgan komponentlarga to’liq ajratish imkonini berdi. Ular yo’lni burchakli
dumaloq
shaklidagi
maydon
sifatida
shak-llantirdi.
zarrachalar ning
burilishlari uchun dipol magnitlar ( egilish magnitlari ) va nurni fokus lash
uchun to’rt va olti qutbli magnitlardan foydalanildi.
Vaqtga bog’liq bo’lgan yo’naltiruvchi magnit maydonlar va kuchli
fokuslash prinsipi kombinatsiyasi kollayderlar va sinxrotron yorug’lik
manbalari kabi zamonaviy keng ko’lamli tezlatgichlarni loyihalash va
ishlatish imkonini berdi. Bunday inshootlarda yopiq yo’l bo’ylab to’g’r i
uchastkalar nafaqat radiochastota bo’shliqlari uchun, balki zarrachalar
detektorlari (kollayderlarda) va foton ishlab chiqarish qurilm alari, masalan,
vigglerlar va to’lqinli qurilm alar (uch-inchi avlod sinxrotron yorug’lik
manbalarida) uchun ham talab qilinadi.
Siklik tezlatgich berishi mumkin bo’lgan maksim al energiya odatda
magnit maydonlarning maksim al kuchi va zarracha yo’lining minimal radiusi
(mak-sim al
egrilik ) bilan chegaralanadi.
Shunday
qilib, energiya
chegarasini os-hirish usullaridan biri , magnit to’yinganlik (magnetic
saturation) cheklanm a-gan, super o’tkazuvchan magnitlardan foydalanishdir .
Elektron
pozitron
te-zlatgichlarining
tezlatish
chegarasi
sinxrotr o n
nurlanishining emissiyasi bilan ham cheklanishi mumkin, bu esa zarrachalar
nurlarining kinetik energiyasini qisman yo’qotishiga olib keladi. Aylana
bo’ylab nur yo’lini ushlab turish uchun zarur bo’lgan markazga intilma tezlanish
uchun yo’qolgan energiya har bir davr uchun qo’shilgan energiyaga teng
bo’lganda, cheklangan nur energiyasiga er-ishiladi.
Keyinchalik kuchli
tezlatgichlar katta radiusli yo’llar va ko’proq va kuchliroq mikroto’lqi nli
bo’shliqlar yordamida qurilgan.
Yengilr oq zarralar (masalan, elektronlar )
burilish paytida energiyaning katta qismini yo’qotadi. Amalda aytganda,
elektron va pozitron tezlatgichlarining energiyasi bu radiatsiya yo’qolis hi
bilan cheklangan. Siklotrondan farqli o’lar oq, sinxrotronlar zarrachalarni nol
kinetik energiyadan tezlashtira olmaydi. Buning aniq sabablar-idan
biri
shundaki, zarrachalarning yo’li zarrachalarni chiqaradigan qurilm a tomonid an
to’silgan.
Sinxrotronga oldindan tezlashtirilgan zarracha nurlarini kiritish
sxemalari ishlab chiqilgan. Oldindan tezlashtirish linac , mikrotron yoki boshqa
sinxrotron kabi boshqa tezlatgich tuzilm alari zanjiri orqali amalga os-hirilishi
mumkin.
Injeksiya energiyasi bilan aniqlangan tegishli boshlang ’ich
qiymatdan boshlab, dipol magnitlarining maydon kuchi oshiriladi. Agar yuqor i
energiyali zarralar tezlashtirish jarayonining oxirida, masalan, nishonga yoki
boshqa tezlatgichga chiqarilsa, maydon kuchi yana injeksiya darajasiga tushib,
yangi injeksiya siklini boshlaydi. Amaldagi magnitni boshqarish usuliga qarab,
bir sikl uchun vaqt oralig’i turli o’rnatishlarda sezilarli darajada farq qilis hi
mumkin.
Ilk yirik sinxrotronlardan biri 1950-yilda Lourens Ber kli
laboratoriyasida qurilgan Bevatron . Ushbu proton tezlatgichining nomi uning
6,3 GeV diapa-zonidagi quvvatidan kelib chiqqan (o’sha paytda milliar d
elektron volt uchun BeV deb atalgan ; nomi S I giga- prefiksi qabul qilinishidan
oldin paydo bo’lgan). Tabiiy sharoitda uchram aydigan bir qator transur an
elementlari birinchi marta ushbu qurilm a orqali olingan. Yana bir yirik
sinxrotron Brukxaven milliy labo-ratoriyasida qurilgan Kosmotron bo’lib,
uning maksim al tezlashtirishi 3,3 GeV ga yetgan.
2008 yil avgustigacha dunyodagi eng yuqori energiya to’qnashtir g ich
(col-lider) Qo’shm a Shtatlardagi Fermi milliy tezlatgich laboratoriyasida
joylashgan Tevatron edi . U protonlar va antiprotonlarni 1 TeV dan bir oz
kamroq kinetik energiyaga tezlatadi va ularni bir-biriga to’qnashtiradi. Yuqor i
energiyalar fizikasi bo’yicha Yevropa laboratoriyasida (CERN) qurilgan Katta
adron kollayderi (LHC) bu energiyadan taxminan yetti baravar ko’p (chunki
proton-proton to’qna- shuvi taxminan 14 TeV da sodir bo’ladi).
U ilgar i
Katta elektron pozitron (LEP ) joylashgan 27 km lik tunnelda joylashg an.
Kollayder hozirgacha qurilgan eng katta ilmiy qurilm adir. LH C ( Lar ge
Hadron
Collider) og’ir ionlarni (masalan, qo’rg’oshin
) 1,15 P eV
energiyagacha tezlashtiradi. Sinxrotron nurlanishi ham keng qo’llanilishi g a
ega va ko’plab 2 va 3-avlod sinxrotronlari uni o’rganish uchun maxs us
qurilgan. Ushbu 3-avlod sinxrotron yorug’lik manbalarining eng kattasi
Frantsiyaning Grenobl shahridagi Yevropa sinxrotron nurlanish mosla- m asi
(ESRF)dir. [4]
2.2 Sinxrotron nurlanishlar haqida tushuncha
Sinxrotron nurlanish (yoki magnit-torm ozli nurlanish) bir jinsli magnit
may-donda relyativistik tezlik bilan harakatlanayotgan zaryadlangan zarralar n ing
elek-trom agnit to‘lqinlar nurlanishidir. Ushbu nurlanishga zaryadlangan zarra
traek-toriyasining magnit maydon ta’sirida egrilanishi natijasida vujudga
keladigan tezlanish sababchi bo‘ladi. Bu nurlanish mexanizm i, elektronning
Rasim 1. Sinxronning umumiy ko`rinishi
e
yadro elektrostatik maydonida tormozlanishi, ya’ni traektoriyasi o’zgar ishi
natijasida tor-mozlanish nurlanishlari hosil bo’lishiga o’xshashdir. Sinxrotr o nd a
elektron doiraviy orbita bo’ylab harakatlanishi natijasida markazga intilm a
tezlanish hosil bo’ladi
va bu tezlanish natijasida sinxrotron nurlanishlar paydo
bo’ladi . Bu nurlan-ishni infraqizil , inson ko’zi ko’radigan va rentgen nurlar
diapazonlarida olish mumkin bo’lib , bu elektronning energiyasiga va magnit
maydoni kattaligiga bog’liq. induksuyasi B bo`lgan magnit maydon electron
nurlanishining to`liq intensivligi quydagiga teng bo’ladi :
(7)
Bu yerda
𝜈- elektronlar tezligi. 𝛾 – relativistic factor bo`lib, I quydagiga
teng :
(8)
Elektron magnit maydonida doira bo’ylab bir marta aylanganda quyidagi
energiya nurlanadi :
(9)
bu yerda E
e
- elektronning energiyasi, GeV : R - aylanish radiusi, cm .
Relyativistik elektron uchun nurlanishning deyarli hamma qismi uning tezligi
yo’nalishida bo’ladi va tor konus shaklida bo’ladi. Sinxrotron nurlanishn- in g
yo’nalishi . Energiyasi E = mc
2
bo’lg an zarraning to’liq nurlanish quvvati
quyidagiga teng bo’ladi :
(10)
bu yerda e- zarra zaryadi, H
⊥
- zarra tezligiga perpendikular bo’lgan magnit
maydon
kuchlanganligining
tashkil
etuvchisi.
Chiqarilgan
nurlan ish
zarrachaning harakat yo’nalishidagi tor konus bilan chegaralanadi. Shuning dek,
u magnit maydonga perpendikulyar tekislikda qutblangan bo’lib, polarizatsiy a
darajasi va yo’nalishi manbaning magnit maydoni haqida ma’lum ot beradi.[1]
Sinxrotron
nurlanish
spektri
alohida
elektronlarning
nurlanish
spektrlarini yig’ish natijasida hosil bo’ladi. Elektron magnit maydon atrofid a
aylanayot-ganda, u kritik chastota bo’lgan ν
0
gacha bo’lgan chastotada nurlan ish
chiqaradi . Elektron magnit maydon atrofida qancha ko’p harakat qilsa, u
shunchalik ko’p energiya yo’qotadi, spiral shunchalik torayadi va kritik
chastotaning mos keluv-chit o’lqin uzunligi shunchalik uzun bo’ladi. [ 8 ]
Sinxrotron emissiya spektri alo-hida elektronlarning hissalarini qo’shish orqali
tuziladi. Alohida elektronlarn-ing spektrlarini yig’ish orqali biz sinxrotr on
emissiyasining xarakterli spektrga ega ekanligini aniqlaym iz, bu erda oqim
chastota bilan doimiy ravishda nisbatga ko’ra kamayadi:
( 11)
bu yerda α obyektning spektral indeksi va -3 va +2,5 oralig’ida kuzatilgan
dia-pazonga ega. [6]
Sinxrotron nurlanishlar bilan qo’llaniladigan monoxrom atorlar odatda
davriy, berilgan nurlanish energiyasini tanlash uchun diffraksion elementlar dir.
Panjar-alar (taxminan) 1 keV dan past energiyalar uchun ishlatiladi.
Yuqori energiyalarda tabiiy uch o’lchamli bo’lgan kristallar, asosan
yuqori
sifatli kremniy
kristallari
qo’llaniladi.
Rentgen
nurli
optik
elementlarning yana bir imkoniyati mavjud bo’lib, u olimga tor energiya
diapazonini tanlash imkonini beradi.
Prizm alarni
ko’rinadigan
diapazonda
ishlatish
mumkin,
ammo
sinxrotronlar asosan ancha yuqori foton energiyasini, ya’ni ancha qisqa to’lqin
uzunliklar i bilan nurlanishni hosil qilish va uni tadqiq etish maqsadig a
yo’naltirilgan. Priz-m alar ES R F kabi yuqori energiyali sinxrotronlar d a
ishlatilmaydi.
Sovutish suv yoki suyuq azot bilan amalga oshiriladi.
Sovutishd a
odatda monoxrom ator kristallarining yuzalari sovutiladi.[6]
| 