Deeltjesversneller

Een deeltjesversneller is een apparaat waarin geladen deeltjes (elementaire deeltjes, baryonen, maar ook zwaardere atoomkernen) tot hoge energieniveaus gebracht worden door ze te versnellen tot snelheden in de buurt van de lichtsnelheid. Dit versnellen gebeurt met behulp van sterke elektrische velden. Voor het sturen van de richting waarin de deeltjesbundel gaat, worden vooral magnetische velden toegepast. (Magnetische velden kunnen, door middel van de lorentzkracht, alleen de richting en niet de grootte van de deeltjessnelheid veranderen.)

Tevatron van het Fermi National Accelerator Laboratory (VS). Hoofdring en hoofdinjector, gezien vanuit de lucht. De ringvormige vijvers voeren de overtollige warmte van de installatie af.

Men zou de kathodestraalbuis, zoals gebruikt in de inmiddels klassieke televisietoestellen en computerbeeldschermen, kunnen opvatten als een deeltjesversneller (met energieniveaus van ongeveer 30 keV). Hetzelfde geldt voor apparaten voor het opwekken van röntgenstraling. Voor het produceren van radionucliden voor medisch gebruik kan de deeltjesversneller een goed alternatief zijn voor de milieubelastende nucleaire methode, die een kernreactor als neutronenbron gebruikt.

Om de kleinste bouwstenen van de materie te bestuderen, worden zeer grote deeltjesversnellers gebruikt. Er valt echter een onderscheid te maken tussen lineaire versnellers en magnetische versnellers. Bij de laatste worden de deeltjes door de lorentzkracht van een sterk magnetisch veld in een cirkelvormige baan gedwongen. Magnetische versnellers worden ook nog verder onderscheden in cyclotrons, betatrons en synchrotrons.

Het cyclotron is ontworpen door Ernest Lawrence in 1929. Hij gebruikte het cyclotron voor experimenten met deeltjes van 1 MeV. Het eerste cyclotron had een diameter van slechts 10 cm. Cyclotrons worden nu ook gebruikt bij de bestraling van kankerpatiënten.

Het betatron is uitgevonden door D.W. Kerst in 1940. Het verschil met het cyclotron is dat het betatron gebruikmaakt van stijgende magnetische flux om de deeltjes te versnellen.

Synchrotrons zijn cirkelvormige deeltjesversnellers met diameters tot enkele kilometers. Hiermee kunnen zeer hoge energieniveaus bereikt worden. Voorbeelden hiervan zijn de Large Hadron Collider van het CERN-laboratorium en de Tevatron-versneller van Fermi National Accelerator Laboratory. Kleinere synchrotrons worden ook gebruikt voor het opwekken van synchrotronstraling, om zeer intense bundels van elektromagnetische straling (vaak UV of röntgen) te verkrijgen voor bijvoorbeeld materiaalonderzoek.