הצגת המקור של הדף "סינכרוציקלוטרון"

[[קובץ:סינכרו-ציקלוטרון.png|טקסט=הסינכרוציקלוטרון במרכז לחקר פיזיקת חלקיקים CERN|ממוזער|סינכרוציקלוטרון בו השתמשו במרכז לחקר פיזיקת חלקיקים CERN. המאיץ כיום לא בשימוש מחקרי והוא בתצוגה בה מסופר סיפורו הפיזיקלי, ההיסטורי והאנשים מאחורי הפעלתו ותגליותיו.]]
'''סינכרוציקלוטרון''' הוא [[מאיץ חלקיקים]] שנועד להאיץ חלקיקים באנרגיות גבוהות.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=http://what-when-how.com/inventions/synchrocyclotron-inventions/|הכותב=|כותרת=Synchrocyclotron (Inventions)|אתר=what-when-how|תאריך=}}}}

הסינכרוציקלוטרון הומצא על ידי [[אדווין מקמילן]] והוא גרסה משופרת ל[[ציקלוטרון]], מכשיר המאיץ חלקיקים תת-אטומיים לאנרגיות גבוהות.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=The Editors of Encyclopaedia Britannica|הכותב=The Editors of Encyclopaedia Britannica|כותרת=Synchrocyclotron|אתר=Encyclopaedia Britannica|תאריך=}}}}

הסינכרוציקלוטרון אומנם אינו פועל עוד במתכונתו המקורית כיום אך המצאתו הובילה לפיתוחים רבים וחשובים בתחום הרפואה ובתחום חקר [[פיזיקת חלקיקים|פיזיקת החלקיקים]]. ההבדלים המהותיים בין הסינכרוציקלוטרון לקודמיו הוא השימוש ב[[שדה חשמלי]] משתנה (בעזרת תדירויות רדיו), צורת המאיץ והאנרגיות אליהן הגיעו החלקיקים המואצים.

משמע, השיפור העיקרי בסינכרוציקלוטרון הוא האנרגיה הגבוהה אליהם הגיעו החלקיקים, בהשוואה למאיצים הקודמים.

== צורת הפעולה של הסינכרוציקלוטרון ==
ההבדלים העיקריים בין סינכרוציקלוטרון למאיצים שהיו עד המצאתו הוא השימוש בשדה חשמלי משתנה (בעזרת תדירויות רדיו), צורת המאיץ והאנרגיות אליהם הגיעו החלקיקים המואצים. במאיץ זה משתמשים בשדה חשמלי משתנה בעזרת תדירות רדיו [[גלי רדיו|RF]], זאת על מנת לפצות על אפקט היחסות על פי [[תורת היחסות]] של [[אלברט איינשטיין|איינשטיין]] כאשר החלקיק נע במהירות המתקרבת ל[[מהירות האור]].{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://home.cern/about/accelerators/synchrocyclotron|הכותב=|כותרת=The Synchrocyclotron|אתר=CERN|תאריך=}}}}

ישנו הבדל מהותי בין הסינכרוציקלוטרון לבין הציקלטרון הקלאסי; ב-ציקלטרון הקלאסי התדירות הזוויתית של השדה החשמלי מוגדרת על ידי:

<math>\omega=\frac{qB}{m}</math>

כש- ω (אומגה) היא [[מהירות זוויתית]] של השדה החשמלי

q- הוא ה[[מטען חשמלי|מטען החשמלי]] של החלקיק

B- ה[[שדה מגנטי|שדה המגנטי]]

m- מסת החלקיק

קשר זה נכון עבור חלקיק קלאסי ללא אפקטים יחסותיים. (על פי תורת היחסות, כמו התכווצות אורכו וכו').

תהליכים אלו אשר הוזנחו, החלו להיות משמעותיות כשמהירות החלקיק גדלה במאיץ והגיע למהירות מסדר גודל של שליש ממהירות האור, הפיזיקה הקלאסית הופכת לפיזיקה יחסותית. כדי לתקן זאת, משתמשים במסה היחסית של החלקיק ולא במסתו במנוחה. ולכן, מקדם מכפיל את המסה בנוסחה:

<math>\omega=\frac{qB}{m\gamma}</math>

כש:

<math>\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-\tfrac{v^2}{c^2}}}</math>.

דבר זה מתרחש כאשר ה[[תדירות זוויתית|תדירות הזוויתית]] של השדה גדלה בזמן שהחלקיק מואץ סביב הסינכרוציקלוטרון.

כלומר מאיצים שבהם התדירות של המתח המאיץ משתנה כשהחלקיק מואץ הם מאיצי סינכרוציקלוטרון.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://www.britannica.com/technology/particle-accelerator/Constant-voltage-accelerators#ref365034|הכותב=|כותרת=Constant-Voltage Accelerators|אתר=encyclopedia britannica|תאריך=}}}}

== יתרונות ==
היתרון המרכזי של הסינכרוציקלוטרון הוא שאין צורך להגביל את כמות הסיבובים שעושה [[יון]] לפני שהוא יוצא. על כן ההבדלים הפוטנציאלים הנראים בין ה"די" (שני חצאי גליל הנקראים "די" (בשל צורתם, המזכירה את האות האנגלית D) אשר מהם בנוי הסינכרוציקלוטרון שמוחזקים בהפרש פוטנציאלים זה מזה, כך שביניהם נמצא אזור בו קיים שדה חשמלי אשר מאיץ חלקיקים טעונים כשהם עוברים דרכו)קטנים באופן משמעותי.

להבדל הפוטנציאלי הקטן יותר אשר נדרש בין ה"די" יש מספר שימושים:
[[קובץ:Cyclotron.svg|ממוזער|225x225 פיקסלים|תרשים בסיסי של הציקלטרון (עיגולים קטנים המכילים נקודה עם האות B לידם מציינים שדה שדה מגנטי המצביע מתוך המסך לכיוון הקורא ) חצאי העיגולים המצוירים בקו שחור הם ה"דיי" עליהם מדובר בקטע.]]
#אין צורך לצמצם את הרווח בין ה"די" כמו במאיץ רגיל מאחר שאין צורך בשדה חשמלי חזק אשר יצור [[תאוצה]]. כך יש אפשרות להשתמש אך ורק ב"די" אחד במקום בשניים, החלק השני של [[מתח חשמלי|המתח החשמלי]] מחובר לכדור הארץ.
#ניתן לקרב את המוטות המגנטים כך שצפיפות ה[[שטף מגנטי|שטף המגנטי]] תגדל באופן משמעותי.
#תדירות מתנד השסתום מסוגלת לפעול ביעילות רבה יותר

יתרון נוסף של מאיץ זה הוא שהחלקיקים אינם יוצאים מהפאזה עם האצת המתח, כך שההגדלה במסה היחסית אינה מטילה מגבלה על האנרגיה. יתר על כן, ההתמקדות המגנטית יכולה להיות חזקה יותר, כך שהשדה המגנטי לא צריך להיות מעוצב בצורה מדויקת כל כך.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://www.britannica.com/technology/particle-accelerator/Constant-voltage-accelerators#ref365034|הכותב=|כותרת=Constant-Voltage Accelerators|אתר=encyclopedia britannica|תאריך=}}}}

== חסרונות ==
החיסרון המרכזי של הסינכרוציקלוטרון הוא שכתוצאה מהווריאציה בתדירות אספקת המתח, רק חלק קטן של היונים העוזבים את המקור נתפשים במסלולים יציבים של [[רדיוס]] ואנרגיה מקסימליים, יחד עם העובדה שלזרם הפלט יש מחזור פעילות קטן והזרם הממוצע הוא רק שבריר קטן של זרם הקרן המידית.

כך מפיק המכשיר יונים באנרגיה גבוהה, אך עם עוצמה יחסית נמוכה.

חיסרון נוסף של המכשיר הוא העובדה כי הוא מתחמם בקלות ובנוסף על כך עלות בניות גבוהה מאוד עקב הצורך במתכות מסוימות המשמשות לבנייתו{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=http://lss.fnal.gov/conf/C850125/pg109.pdf|הכותב=H. Blosser. D. Johnson. B. Milton. and J. Riedel
National Superconducting Cyclotron Laboratory. Michigan State University.
East Lansing. MI 48824.
and
W.E. Powers. R.L. Maughan, C.G. Orton, D.P. Ragan, G.F. Blosser,
R.J. Burleigh, and E.B. Jemison,
Harper-Grace Hospitals, Detroit, MI 48201|כותרת=CYCLOTRONS AND SYNCHROCYCLOTRONS FOR ONCOLOGY THERAPY|אתר=|תאריך=}}}}

== היסטוריה ==
בשנת [[1945]] [[רוברט לייסטר תורנטון]], במעבדת הקרינה של [[ארנסט לורנס]] היה ראש צוות הבנייה של הסיקלוטרון 184 אינץ'. בשנת [[1946]], פיקח תורנטון על ההמרה של סיקולטרון לתכנון החדש שנעשה על ידי מקמילן - הסינכרוציקלוטרון עם היכולת לייצר 195 MeV דיטרון ו-390 MeV [[חלקיק אלפא|חלקיקי אלפא]]

לאחר המצאתו של הסינכרוציקלוטרון הראשון, משרד המחקר הימי (ONR) במימון שתי יוזמות בנייה השיקו את הסינכרוציקלוטרון 435-Mev ב-1946 והתחילו את תוכנית מחקר ה[[פיזיקה גרעינית|פיזיקה הגרעינית]] בהנהגת [[אדוארד קרוטז]] במכשיר. בשנת [[1947]] בהנהגת [[אנריקו פרמי]] הושק הסינכרוציקלוטרון 450-Mev. לאחר מכן, בשנת [[1948]] [[אוניברסיטת רוצ'סטר]] השלימו את בניית 240-Mev ולאחר מכן בשנת [[1950]] השלימה [[אוניברסיטת קולומביה]] את בניית הסינכרוציקלוטרון 380-Mev. יתרה מכך, בשנת 1950 החל לפועל במכון לטכנולוגיה "[[קרנגי הול|קרנגי]]" הסינכרוציקלוטרון 435MeV ואחריו ב-[[1951]] הסינכרוציקלוטרון 450MeV של [[אוניברסיטת שיקגו]]. באותה שנה בדצמבר 1951, ב[[פגישת אונסק"ו]] בפריז התקיים דיון בנושא מציאת פתרון למאיץ של אנרגיה בינונית לארגון האירופאי למחקר גרעיני ([[CERN]]).

הסינכרוציקלוטרון הוצע כפתרון כדי לגשר על הפער לפני הוצאתו לאור של הסיקלטרון של [[פרוטון|פרוטונים]] 28GeV.

ב-[[1952]] [[קורנליוס באקר]] הוביל את היוזמה לבנות ולעצב את הסינכרוציקלוטרון (SC) הראשון בסרן בעל היקף של 15.7 מטר (52 רגל). עיצובו החל בשנת [[1953]]. הבנייה עצמה החלה ב-[[1954]] כאשר באוגוסט [[1957]] לבסוף הושג מאיץ הפרוטונים 600 MeV. תוכנית ניסיונית יצאה לפועל ב-[[1958]].

הסינכרוציקלוטרון 600Mev הוא המאיץ הראשון של סרן, אשר מספק אלומות אור לניסוים בחלקיקים ולפיזיקת גרעינית. ב-[[1964]] המכונה החלה להתמקד בפיזיקה גרעינית בלבד והשאירה את נושא פיזיקת החלקיקים למאיצי פרוטונים חדשים וחזקים יותר.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://home.cern/about/accelerators/synchrocyclotron|הכותב=|כותרת=The Synchrocyclotron|אתר=CERN|תאריך=}}}}

הסינכרוציקלוטרון הראשון בסרן התברר כמכונה מאריכת ימים, ב-[[1967]] המכונה החלה לספק אלומות אור עבור מתקן [[רדיואקטיביות|רדיואקטיבי]]-יון-קרן ייעודי הנקרא ISOLDE, אשר עדיין מבצעים בו מחקרים המתפרשים מפיזיקת חלקיקים ועד ל[[פיזיקה רפואית]]. ב-[[1990]] ISOLDE הועבר לסינכרוטרון מאיץ הפרוטונים והסינכרוציקלוטרון (SC) הראשון בסרן נסגר לאחר 33 שנים של עבודה.{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://home.cern/about/accelerators/synchrocyclotron|הכותב=|כותרת=The Synchrocyclotron|אתר=CERN|תאריך=}}}}

== שימוש כיום ==
כיום לסינכרוציקלוטרון קיימים בעיקר שימושים רפואיים הקשורים להקרנת פרוטונים (סוג של [[רדיותרפיה]]).

בגלל יכולתו של המכשיר ליצור מערכות קומפקטיות על ידי שימוש בשדה מגנטי בעל מתח גבוה.

חברות פיזיקה רפואית כמו Ion Beam Applications{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://iba-worldwide.com/|הכותב=|כותרת=Shaping the future of proton therapy|אתר=iba-worldwide|תאריך=}}}} ו-Mevion Medical Systems{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=http://www.mevion.com/why-proton-therapy|הכותב=|כותרת=WHY PROTON THERAPY|אתר=mevion|תאריך=}}}} פיתחו סינכרוציקלוטרונים [[מוליכות-על|מוליכי-על]]. מאיץ מסוג זה שוקל פי עשרה פחות ובעל עלות מתונה ולכן יכול להתאים לבתי החולים בצורה נוחה{{הערה|{{קישור כללי|כתובת=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0168583X89906496|הכותב=|כותרת=Compact superconducting synchrocyclotron systems for proton therapy|אתר=sciencedirect|תאריך=}}}}.

בנוסף, כיום במרכז לחקר פיזיקה חלקיקים CERN קיימת תצוגה מרשימה על הסינכרוציקלוטרון הראשון שהיה בשימוש במקום. התצוגה מתארת בעזרת [[חיזיון אור-קולי]] את ההיסטוריה של המכשיר, התגליות הפיזיקליות המשמעותיות והסיפור של האנשים שהשתמשו בו לטובת מחקרם הפיזיקלי. בתמונות, מוצג חלק מהתצוגה המרשימה הכוללת הקרנה על הסינכרוציקלוטרון עצמו.

== קישורים חיצוניים ==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{בריטניקה}}

* [https://home.cern/about/accelerators/synchrocyclotron סינכרוציקלוטרון - הסבר מתוך האתר הרשמי של סרן]
* [https://iba-worldwide.com/proton-therapy/proton-therapy-solutions/proteus-one סינכרוציקלוטרון - שימושים רפואיים מתוך IBA proton therapy]
* [https://web.archive.org/web/20160828174236/http://www.mevion.com/trinioblum-core סינכרוציקלוטרון - שימושים רפואיים מתוך MEVION proton therapy]

== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:מאיצי חלקיקים]]