Kiihdytinmenetelmät

Kiihdytinmenetelmät viittaa erilaisiin tekniikoihin, joita käytetään partikkelikiihdyttimissä kiihdyttämään varattuja hiukkasia korkeisiin energioihin. Näitä menetelmiä hyödynnetään monilla tieteenaloilla, kuten ydinfysiikassa, hiukkasfysiikassa, materiaalitieteessä ja lääketieteellisessä kuvantamisessa. Yleisin periaate on käyttää sähkömagneettisia kenttiä hiukkasten nopeuttamiseksi.

Yksi keskeisimmistä kiihdytinmenetelmistä on lineaarinen kiihdytin. Tässä menetelmässä hiukkaset kulkevat suoraa putkea pitkin, ja niitä kiihdytetään peräkkäin asennetuilla sähkömagneettisilla onkaloilla tai RF-onteloilla. Jokaisessa onkalossa hiukkaset saavat energiaa, kun niitä kuljettava sähkökenttä on oikeassa vaiheessa. Lineaariset kiihdyttimet voivat saavuttaa erittäin korkeita energioita, mutta ne vaativat usein suuren tilan.

Toinen merkittävä menetelmä on syklotroni, joka on pyöreä kiihdytin. Syklotronissa hiukkasia kiihdytetään toistuvasti samassa paikassa olevien kahden puolipyöreän elektrodin, ns. deesien, välissä. Jatkuvasti kasvava magneettikenttä saa hiukkaset liikkumaan spiraalinmuotoista rataa pitkin, ja jokaisella kierroksella ne saavat lisää energiaa. Syklotronit ovat kompaktimpia kuin lineaariset kiihdyttimet.

Synkrotroni on kehittyneempi pyöreä kiihdytin, jossa sekä magneettikenttä että RF-sähkökenttä kasvavat samanaikaisesti hiukkasten energian mukana. Tämä mahdollistaa hiukkasten pitämisen samalla kiertoradalla, vaikka niiden energia kasvaa merkittävästi. Synkrotronit ovat nykyään yleisimpiä suurissa hiukkaskiihdyttimissä, joita käytetään perustutkimuksessa. Lisäksi on olemassa erilaisia erikoistuneita kiihdytinmenetelmiä, kuten betatroneja ja induktiosyklotroneja, jotka soveltuvat erityisiin käyttötarkoituksiin.