कण त्वरक: Difference between revisions
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{{Short description|Research apparatus for particle physics}} | {{Short description|Research apparatus for particle physics}} | ||
[[Image:Fermilab.jpg|thumb|upright=1.5| [[:hi:टेवाट्रोन|टेवाट्रॉन ( | [[Image:Fermilab.jpg|thumb|upright=1.5| [[:hi:टेवाट्रोन|टेवाट्रॉन (पृष्ठभूमि सर्कल)]], [[:hi:फर्मीलैब|फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला]] (फर्मिलैब), बटाविया, इलिनोइस, यूएसए में एक [[:hi:सिंक्रोट्रॉन|सिंक्रोट्रॉन]] [[:hi:कोलाइडर (त्वरक)|कोलाइडर]] प्रकार का कण त्वरक। 2011 में शट डाउन, 2007 तक यह दुनिया का सबसे शक्तिशाली कण त्वरक था, प्रोटॉन को 1 टीईवी (TEV) (टेरा इलेक्ट्रॉन वोल्ट) से अधिक की ऊर्जा में गति प्रदान करता था। प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन की किरण, रिंग के एकल निर्वात कक्ष में विपरीत दिशाओं में घूमते हुए, दो चुंबकीय रूप से प्रेरित प्रतिच्छेदन बिंदुओं पर टकराए।। ]] | ||
[[File:Linear accelerator animation 16frames 1.6sec.gif|thumb|upright=2.2|एक रैखिक त्वरक के संचालन को दर्शाने वाला एनिमेशन, व्यापक रूप से भौतिकी अनुसंधान और कैंसर उपचार दोनों में उपयोग किया जाता है। ]] | [[File:Linear accelerator animation 16frames 1.6sec.gif|thumb|upright=2.2|एक रैखिक त्वरक के संचालन को दर्शाने वाला एनिमेशन, व्यापक रूप से भौतिकी अनुसंधान और कैंसर उपचार दोनों में उपयोग किया जाता है। ]] | ||
'''कण त्वरक''' एक ऐसी मशीन है जो [[:hi:विद्युत आवेश|आवेशित]] [[:hi:कण|कणों]] को बहुत तेज गति और ऊर्जा तक प्रेरित करने और उन्हें अच्छी तरह से परिभाषित किरण में समाविष्ट करने के लिए [[:hi:विद्युतचुम्बकीय क्षेत्र|विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों]] का उपयोग करती है। <ref>{{Cite book|last=Livingston|first=M. S.|author-link=Milton Stanley Livingston|last2=Blewett|first2=J.|year=1969|title=Particle Accelerators|publisher=[[McGraw-Hill]]|location=New York|isbn=978-1-114-44384-6}}</ref> | '''कण त्वरक''' एक ऐसी मशीन है जो [[:hi:विद्युत आवेश|आवेशित]] [[:hi:कण|कणों]] को बहुत तेज गति और ऊर्जा तक प्रेरित करने और उन्हें अच्छी तरह से परिभाषित किरण में समाविष्ट करने के लिए [[:hi:विद्युतचुम्बकीय क्षेत्र|विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों]] का उपयोग करती है। <ref>{{Cite book|last=Livingston|first=M. S.|author-link=Milton Stanley Livingston|last2=Blewett|first2=J.|year=1969|title=Particle Accelerators|publisher=[[McGraw-Hill]]|location=New York|isbn=978-1-114-44384-6}}</ref> | ||
[[ | [[कण भौतिकी]] में मौलिक अनुसंधान के लिए बड़े त्वरक का उपयोग किया जाता है। वर्तमान में संचालित सबसे बड़ा त्वरक जिनेवा, स्विटजरलैंड के निकट बड़े हैड्रॉन [[कोलाइडर]] एलएचसी (LHC) है, जिसे सीईआरएन द्वारा संचालित किया जाता है। यह एक [[:hi:कोलाइडर (त्वरक)|कोलाइडर]] त्वरक है, जो प्रोटॉन के दो किरणों को 6.5 टीईवी (TEV) की ऊर्जा तक बढ़ा सकता है। और उन्हें 13 टीईवी (TEV) की केंद्र-द्रव्यमान ऊर्जा बनाने के लिए आमने-सामने टकराने का कारण बनता है। अन्य शक्तिशाली त्वरक हैं, न्यूयॉर्क में ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला में आरएचआईसी और पूर्व में फ़र्मिलाब, बटाविया, इलिनोइस में टेवाट्रॉन। संघनित पदार्थ भौतिकी के अध्ययन के लिए त्वरक का उपयोग सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों के रूप में भी किया जाता है। छोटे कण त्वरक का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें ऑन्कोलॉजिकल उद्देश्यों के लिए कण चिकित्सा, चिकित्सा निदान के लिए रेडियोसमस्थानिक उत्पादन, अर्धचालक के निर्माण के लिए आयन प्रत्यारोपणकर्ता और रेडियोकार्बन जैसे दुर्लभ समस्थानिक के माप के लिए त्वरक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर शामिल हैं। वर्तमान में दुनिया भर में 30,000 से अधिक त्वरक संचालन में हैं। <ref>{{Cite web|last=Witman|first=Sarah|title=Ten things you might not know about particle accelerators|url=http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2014/ten-things-you-might-not-know-about-particle-accelerators|website=Symmetry Magazine|publisher=[[Fermi National Accelerator Laboratory]]|access-date=21 April 2014}}</ref> | ||
त्वरक के दो मूलभूत वर्ग हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक और विद्युत गतिकी (या विद्युत चुम्बकीय) त्वरक। <ref>{{Cite book|last=Humphries|first=Stanley|year=1986|url=https://archive.org/details/principlescharge00hump/page/4|title=Principles of Charged Particle Acceleration|page=[https://archive.org/details/principlescharge00hump/page/4 4]|publisher=[[Wiley-Interscience]]|isbn=978-0471878780}}</ref> ''[[:hi:इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक|इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक कणों]]'' को तेज करने के लिए स्थिर [[:hi:विद्युत्-क्षेत्र|विद्युत क्षेत्रों]] का उपयोग करते हैं। सबसे सामान्य प्रकार [[:hi:कॉकरॉफ्ट-वाल्टन जनित्र|कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर]] और [[:hi:वान डी ग्राफ़ जेनरेटर|वैन डी ग्रैफ जनरेटर हैं]] । इस वर्ग का एक छोटा-सा उदाहरण एक साधारण पुराने टेलीविजन सेट में [[:hi:कैथोड किरण नलिका|कैथोड रे नलिका]] है। इन उपकरणों में कणों के लिए प्राप्त करने योग्य [[:hi:गतिज ऊर्जा|गतिज ऊर्जा]] त्वरित [[:hi:विभवांतर|वोल्टेज]] द्वारा निर्धारित की जाती है, जो [[:hi:विद्युत टूटना|विद्युत व्यवधान]] से सीमित होती है। दूसरी ओर ''विद्युत गतिकी'' या ''विद्युत चुम्बकीय'' त्वरक कणों को तेज करने के लिए बदलते विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (या तो [[:hi:विद्युत्-चुम्बकीय प्रेरण|चुंबकीय प्रेरण]] या दोलन [[:hi:रेडियो आवृत्ति|रेडियो आवृत्ति]] क्षेत्र) का उपयोग करते हैं। चूंकि इन प्रकारों में कण एक ही त्वरित क्षेत्र से कई बार गुजर सकते हैं, इसलिए उत्पादन ऊर्जा त्वरित क्षेत्र के सामर्थ्य से सीमित नहीं है। यह वर्ग, जिसे पहली बार 1920 के दशक में विकसित किया गया था, अधिकांश आधुनिक बड़े पैमाने के त्वरक का आधार है। | त्वरक के दो मूलभूत वर्ग हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक और विद्युत गतिकी (या विद्युत चुम्बकीय) त्वरक। <ref>{{Cite book|last=Humphries|first=Stanley|year=1986|url=https://archive.org/details/principlescharge00hump/page/4|title=Principles of Charged Particle Acceleration|page=[https://archive.org/details/principlescharge00hump/page/4 4]|publisher=[[Wiley-Interscience]]|isbn=978-0471878780}}</ref> ''[[:hi:इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक|इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक कणों]]'' को तेज करने के लिए स्थिर [[:hi:विद्युत्-क्षेत्र|विद्युत क्षेत्रों]] का उपयोग करते हैं। सबसे सामान्य प्रकार [[:hi:कॉकरॉफ्ट-वाल्टन जनित्र|कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर]] और [[:hi:वान डी ग्राफ़ जेनरेटर|वैन डी ग्रैफ जनरेटर हैं]] । इस वर्ग का एक छोटा-सा उदाहरण एक साधारण पुराने टेलीविजन सेट में [[:hi:कैथोड किरण नलिका|कैथोड रे नलिका]] है। इन उपकरणों में कणों के लिए प्राप्त करने योग्य [[:hi:गतिज ऊर्जा|गतिज ऊर्जा]] त्वरित [[:hi:विभवांतर|वोल्टेज]] द्वारा निर्धारित की जाती है, जो [[:hi:विद्युत टूटना|विद्युत व्यवधान]] से सीमित होती है। दूसरी ओर ''विद्युत गतिकी'' या ''विद्युत चुम्बकीय'' त्वरक कणों को तेज करने के लिए बदलते विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (या तो [[:hi:विद्युत्-चुम्बकीय प्रेरण|चुंबकीय प्रेरण]] या दोलन [[:hi:रेडियो आवृत्ति|रेडियो आवृत्ति]] क्षेत्र) का उपयोग करते हैं। चूंकि इन प्रकारों में कण एक ही त्वरित क्षेत्र से कई बार गुजर सकते हैं, इसलिए उत्पादन ऊर्जा त्वरित क्षेत्र के सामर्थ्य से सीमित नहीं है। यह वर्ग, जिसे पहली बार 1920 के दशक में विकसित किया गया था, अधिकांश आधुनिक बड़े पैमाने के त्वरक का आधार है। | ||
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== उपयोग == | == उपयोग == | ||
[[Image:Particle accelerator DSC09089.JPG|thumb| [[:hi:पेरिस|पेरिस]] में [[:hi:जुसीयू कैंपस|जुसीयू कैंपस]] के बेसमेंट में [[:hi:वान डी ग्राफ़ जेनरेटर|वैन डे ग्रैफ़ एक्सेलेरेटर]] से विभिन्न प्रयोगों तक जाने वाली [[:hi:किरणपुंज रेखा| | [[Image:Particle accelerator DSC09089.JPG|thumb| [[:hi:पेरिस|पेरिस]] में [[:hi:जुसीयू कैंपस|जुसीयू कैंपस]] के बेसमेंट में [[:hi:वान डी ग्राफ़ जेनरेटर|वैन डे ग्रैफ़ एक्सेलेरेटर]] से विभिन्न प्रयोगों तक जाने वाली [[:hi:किरणपुंज रेखा|किरण रेखाएं]] । ]] | ||
[[File:SLAC_National_Accelerator_Laboratory_Aerial_2.png|thumb|कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में [[:hi:स्टैनफोर्ड रैखिक त्वरक|स्टैनफोर्ड लीनियर एक्सेलेरेटर]] (एसएलएसी) की 2 मील (3.2 किमी) | [[File:SLAC_National_Accelerator_Laboratory_Aerial_2.png|thumb|कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में [[:hi:स्टैनफोर्ड रैखिक त्वरक|स्टैनफोर्ड लीनियर एक्सेलेरेटर]] (एसएलएसी) की 2 मील (3.2 किमी) किरण नलिका को आवरण करने वाली इमारत, जो दुनिया का दूसरा सबसे शक्तिशाली लिनैक है। ]] | ||
उच्च-ऊर्जा कणों की किरणें विज्ञान में मौलिक और अनुप्रयुक्त अनुसंधान के लिए उपयोगी होती हैं, और कई तकनीकी और औद्योगिक क्षेत्रों में भी जो मौलिक अनुसंधान से संबंधित नहीं होते हैं। <ref>{{Cite book|last=Möller|first=Sören|url=http://link.springer.com/10.1007/978-3-030-62308-1|title=Accelerator Technology: Applications in Science, Medicine, and Industry|date=2020|publisher=Springer International Publishing|isbn=978-3-030-62307-4|series=Particle Acceleration and Detection|location=Cham|language=en|doi=10.1007/978-3-030-62308-1}}</ref> यह अनुमान लगाया गया है कि दुनिया भर में लगभग 30,000 त्वरक हैं। इनमें से केवल 1% ही 1[[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट| | उच्च-ऊर्जा कणों की किरणें विज्ञान में मौलिक और अनुप्रयुक्त अनुसंधान के लिए उपयोगी होती हैं, और कई तकनीकी और औद्योगिक क्षेत्रों में भी जो मौलिक अनुसंधान से संबंधित नहीं होते हैं। <ref>{{Cite book|last=Möller|first=Sören|url=http://link.springer.com/10.1007/978-3-030-62308-1|title=Accelerator Technology: Applications in Science, Medicine, and Industry|date=2020|publisher=Springer International Publishing|isbn=978-3-030-62307-4|series=Particle Acceleration and Detection|location=Cham|language=en|doi=10.1007/978-3-030-62308-1}}</ref> यह अनुमान लगाया गया है कि दुनिया भर में लगभग 30,000 त्वरक हैं। इनमें से केवल 1% ही 1[[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट|जीईवी (GEV)]] से अधिक ऊर्जा वाली अनुसंधान मशीनें हैं, जबकि लगभग 44% रेडियोथेरेपी के लिए, 41% आयन प्रत्यारोपण के लिए, 9% औद्योगिक प्रसंस्करण और अनुसंधान के लिए, और 4% जैव चिकित्सा और अन्य कम ऊर्जा अनुसंधान के लिए हैं।<ref>{{Cite journal|last=Feder|first=T.|year=2010|title=Accelerator school travels university circuit|url=http://controls.als.lbl.gov/als_physics/Fernando/FSannibaleWebSite/Teaching/USPAS/USPASHighLights/PhysiscsTodayUSPAS_Feb2010.pdf|journal=[[Physics Today]]|volume=63|issue=2|pages=20–22|bibcode=2010PhT....63b..20F|doi=10.1063/1.3326981}}</ref> | ||
=== कण भौतिकी === | === कण भौतिकी === | ||
पदार्थ, स्थान और समय की गतिशीलता और संरचना में सबसे आधारभूत जांच के लिए, भौतिकशास्री उच्चतम संभव ऊर्जाओं पर सबसे सरल प्रकार के पारस्परिक विचार-विर्मश का प्रयास करते हैं। ये प्रायः कई [[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट| | पदार्थ, स्थान और समय की गतिशीलता और संरचना में सबसे आधारभूत जांच के लिए, भौतिकशास्री उच्चतम संभव ऊर्जाओं पर सबसे सरल प्रकार के पारस्परिक विचार-विर्मश का प्रयास करते हैं। ये प्रायः कई [[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट|जीईवी (GEV)]] की कण ऊर्जा, और सबसे सरल प्रकार के कणों की परस्पर क्रिया- लेप्टन (जैसे इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन) और पदार्थ के लिए क्वार्क, या क्षेत्र क्वांटा के लिए फोटॉन और ग्लून्स को शामिल करते हैं। चूंकि पृथक क्वार्क [[:hi:रंग कारावास|रंग परिरोध]] के कारण प्रयोगात्मक रूप से अनुपलब्ध हैं, इसलिए सबसे सरल उपलब्ध प्रयोगों में पहले, लेप्टान की एक दूसरे के साथ, और दूसरी, लेप्टान की [[:hi:न्यूक्लिऑन|न्यूक्लियॉन]] के साथ परस्पर क्रिया शामिल है, जो क्वार्क और ग्लून्स से बने होते है। एक दूसरे के साथ क्वार्कों के टकराव का अध्ययन करने के लिए, वैज्ञानिक न्यूक्लिऑन्स के टकराव का प्रयोग करते हैं, जो उच्च ऊर्जा पर उपयोगी रूप से क्वार्क और ग्लून्स के [[:hi:दो-वस्तु समस्या|2-निकाय परस्पर क्रिया]] के रूप में उपयोगी माने जा सकते हैं, जिनसे वे बने हैं। यह प्राथमिक कण भौतिकशास्री इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन और [[:hi:प्रतिप्रोटोन|एंटीप्रोटोन]] की किरण बनाने वाली मशीनों का उपयोग करते हैं, जो एक दूसरे के साथ या सबसे सरल नाभिक (जैसे, [[:hi:हाइड्रोजन|हाइड्रोजन]] या [[:hi:ड्यूटीरियम|ड्यूटेरियम]] ) के साथ उच्चतम संभव ऊर्जा पर परस्पर क्रिया करते हैं, सामान्यतः सैकड़ों जीईवी (GEV) या अधिक। | ||
प्राथमिक [[:hi:कण भौतिकी|कण भौतिकी]] के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे बड़ा और उच्चतम-ऊर्जा कण त्वरक [[:hi:यूरोपीय नाभिकीय अनुसंधान संगठन|सीईआरएन]] में [[:hi:लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर|बड़े हैड्रॉन कोलाइडर]] ( | प्राथमिक [[:hi:कण भौतिकी|कण भौतिकी]] के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे बड़ा और उच्चतम-ऊर्जा कण त्वरक [[:hi:यूरोपीय नाभिकीय अनुसंधान संगठन|सीईआरएन]] में [[:hi:लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर|बड़े हैड्रॉन कोलाइडर]] एलएचसी (LHC) है, जो 2009 से संचालित है।<ref name="CERNNovember2">{{Cite press release|title=Two circulating beams bring first collisions in the LHC|publisher=[[CERN]] Press Office}}</ref> | ||
=== परमाणु भौतिकी और समस्थानिक उत्पादन === | === परमाणु भौतिकी और समस्थानिक उत्पादन === | ||
[[ | [[परमाणु भौतिकी|परमाणु भौतिक विज्ञानी]] और [[:hi:ब्रह्माण्डविद्या|ब्रह्मांड]] विज्ञानी अनाच्छादित [[:hi:परमाणु नाभिक|परमाणु नाभिक]] की किरण का उपयोग कर सकते हैं, इलेक्ट्रॉनों से वंचित, स्वयं नाभिक की संरचना, अंतःक्रियाओं और गुणों की जांच करने के लिए, और अत्यधिक उच्च तापमान और घनत्व पर [[:hi:संघनित द्रव्य भौतिकी|संघनित पदार्थ]] का उपयोग कर सकते हैं, जैसे कि [[:hi:महाविस्फोट सिद्धान्त|बिग बैंग]] के पहले क्षणों में हो सकता है। इन जांचों में प्रायः भारी नाभिकों की टक्कर शामिल होती है{{Snd}}[[:hi:लोहा|लोहे]] या [[:hi:सोना|सोने]] जैसे परमाणुओं के{{Snd}}कई जीईवी (GEV) प्रति [[:hi:न्यूक्लिऑन|न्यूक्लियॉन]] की ऊर्जा पर। इस तरह का सबसे बड़ा कण त्वरक [[:hi:ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला|ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला]] में [[:hi:सापेक्षतावादी भारी आयन कोलाइडर|रिलेटिविस्टिक भारी आयन कोलाइडर]] (आरएचआईसी) है। | ||
कण त्वरक प्रोटॉन किरण भी उत्पन्न कर सकते हैं, जो [[:hi:परमाणु भट्ठी|विखंडन प्रतिघातक]] में बने न्यूट्रॉन-समृद्ध के विपरीत प्रोटॉन-समृद्ध चिकित्सा या अनुसंधान [[:hi:समस्थानिक|आइसोटोप]] का उत्पादन कर सकते हैं। हालाँकि, हाल के काम ने दिखाया है कि हाइड्रोजन के त्वरक समस्थानिकों को, प्रायः रिएक्टरों में बने 99 [[:hi:मोलिब्डेनम|Mo]] को कैसे बनाया जाता है,<ref>{{Cite journal|last=Nagai|first=Y.|last2=Hatsukawa|first2=Y.|year=2009|title=Production of <sup>99</sup>Mo for Nuclear Medicine by <sup>100</sup>Mo(''n'',2''n'')<sup>99</sup>Mo|journal=[[Journal of the Physical Society of Japan]]|volume=78|issue=3|pages=033201|doi=10.1143/JPSJ.78.033201|bibcode=2009JPSJ...78c3201N}}</ref> हालांकि इस विधि में अभी भी [[:hi:ट्राइटियम|ट्रिटियम]] का उत्पादन करने के लिए एक रिएक्टर की आवश्यकता होती है। इस प्रकार की मशीन का एक उदाहरण [[:hi:लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी|लॉस एलामोस]] में लैंसे है। | कण त्वरक प्रोटॉन किरण भी उत्पन्न कर सकते हैं, जो [[:hi:परमाणु भट्ठी|विखंडन प्रतिघातक]] में बने न्यूट्रॉन-समृद्ध के विपरीत प्रोटॉन-समृद्ध चिकित्सा या अनुसंधान [[:hi:समस्थानिक|आइसोटोप]] का उत्पादन कर सकते हैं। हालाँकि, हाल के काम ने दिखाया है कि हाइड्रोजन के त्वरक समस्थानिकों को, प्रायः रिएक्टरों में बने 99 [[:hi:मोलिब्डेनम|Mo]] को कैसे बनाया जाता है,<ref>{{Cite journal|last=Nagai|first=Y.|last2=Hatsukawa|first2=Y.|year=2009|title=Production of <sup>99</sup>Mo for Nuclear Medicine by <sup>100</sup>Mo(''n'',2''n'')<sup>99</sup>Mo|journal=[[Journal of the Physical Society of Japan]]|volume=78|issue=3|pages=033201|doi=10.1143/JPSJ.78.033201|bibcode=2009JPSJ...78c3201N}}</ref> हालांकि इस विधि में अभी भी [[:hi:ट्राइटियम|ट्रिटियम]] का उत्पादन करने के लिए एक रिएक्टर की आवश्यकता होती है। इस प्रकार की मशीन का एक उदाहरण [[:hi:लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी|लॉस एलामोस]] में लैंसे है। | ||
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[[:hi:मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर|फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर]] (एफईएल) [[:hi:सिंक्रोट्रॉन विकिरण|सिंक्रोट्रॉन विकिरण]] पर आधारित प्रकाश स्रोतों का एक विशेष वर्ग है जो उच्च अस्थायी [[:hi:सम्बंद्ध प्रकाश|सुसंगतता]] के साथ छोटे कंपनों को प्रदान करता है। एक विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया एफईएल अवलोकनीय ब्रह्मांड में [[:hi:ऍक्स किरण|एक्स-रे]] का सबसे [[:hi:सिन्क्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत|शानदार]] स्रोत है। <ref>{{Cite journal|last=Ullrich|journal=Annual Review of Physical Chemistry|bibcode=2012ARPC...63..635U|pmid=22404584|doi=10.1146/annurev-physchem-032511-143720|pages=635–660|issue=1|volume=63|url=https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-physchem-032511-143720|first=Joachim|title=Free-Electron Lasers: New Avenues in Molecular Physics and Photochemistry|date=2012-04-04|first3=Robert|last3=Moshammer|first2=Artem|last2=Rudenko|issn=0066-426X}}</ref> सबसे प्रमुख उदाहरण अमेरिका में [[:hi:एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला|एलसीएलएस]] और जर्मनी में [[:hi:यूरोपीय एक्सएफईएल|यूरोपीय एक्सएफईएल]] हैं। मंद [[:hi:ऍक्स किरण|एक्स-रे]] लेज़रों की ओर अधिक ध्यान आकर्षित किया जा रहा है, जो कंपन में कमी के साथ-साथ [[:hi:एटॉफिजिक्स|एटोसेकंड विज्ञान]] के लिए नए तरीकों को खोलता है।<ref>{{Cite journal|last=Mak|first8=Brian W J|bibcode=2019RPPh...82b5901M|pmid=30572315|doi=10.1088/1361-6633/aafa35|pages=025901|issue=2|volume=82|journal=Reports on Progress in Physics|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/aafa35|title=Attosecond single-cycle undulator light: a review|date=2019-02-01|first9=Takashi|last9=Tanaka|last8=McNeil|first=Alan|first7=Ryota|last7=Kinjo|first6=Yuichiro|last6=Kida|first5=János|last5=Hebling|first4=David|last4=Dunning|first3=Peter|last3=Salén|first2=Georgii|last2=Shamuilov|issn=0034-4885}}</ref> एक्स-रे के अलावा, [[:hi:टैरा हर्ट्ज़ विकिरण|टेराहर्ट्ज प्रकाश]] उत्सर्जित करने के लिए एफईएल का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए निजमेजेन, नीदरलैंड्स में फेलिक्स, ड्रेसडेन, जर्मनी में टेलबे और नोवोसिबिर्स्क, रूस में नोवोफेल। | [[:hi:मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर|फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर]] (एफईएल) [[:hi:सिंक्रोट्रॉन विकिरण|सिंक्रोट्रॉन विकिरण]] पर आधारित प्रकाश स्रोतों का एक विशेष वर्ग है जो उच्च अस्थायी [[:hi:सम्बंद्ध प्रकाश|सुसंगतता]] के साथ छोटे कंपनों को प्रदान करता है। एक विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया एफईएल अवलोकनीय ब्रह्मांड में [[:hi:ऍक्स किरण|एक्स-रे]] का सबसे [[:hi:सिन्क्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत|शानदार]] स्रोत है। <ref>{{Cite journal|last=Ullrich|journal=Annual Review of Physical Chemistry|bibcode=2012ARPC...63..635U|pmid=22404584|doi=10.1146/annurev-physchem-032511-143720|pages=635–660|issue=1|volume=63|url=https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-physchem-032511-143720|first=Joachim|title=Free-Electron Lasers: New Avenues in Molecular Physics and Photochemistry|date=2012-04-04|first3=Robert|last3=Moshammer|first2=Artem|last2=Rudenko|issn=0066-426X}}</ref> सबसे प्रमुख उदाहरण अमेरिका में [[:hi:एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला|एलसीएलएस]] और जर्मनी में [[:hi:यूरोपीय एक्सएफईएल|यूरोपीय एक्सएफईएल]] हैं। मंद [[:hi:ऍक्स किरण|एक्स-रे]] लेज़रों की ओर अधिक ध्यान आकर्षित किया जा रहा है, जो कंपन में कमी के साथ-साथ [[:hi:एटॉफिजिक्स|एटोसेकंड विज्ञान]] के लिए नए तरीकों को खोलता है।<ref>{{Cite journal|last=Mak|first8=Brian W J|bibcode=2019RPPh...82b5901M|pmid=30572315|doi=10.1088/1361-6633/aafa35|pages=025901|issue=2|volume=82|journal=Reports on Progress in Physics|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/aafa35|title=Attosecond single-cycle undulator light: a review|date=2019-02-01|first9=Takashi|last9=Tanaka|last8=McNeil|first=Alan|first7=Ryota|last7=Kinjo|first6=Yuichiro|last6=Kida|first5=János|last5=Hebling|first4=David|last4=Dunning|first3=Peter|last3=Salén|first2=Georgii|last2=Shamuilov|issn=0034-4885}}</ref> एक्स-रे के अलावा, [[:hi:टैरा हर्ट्ज़ विकिरण|टेराहर्ट्ज प्रकाश]] उत्सर्जित करने के लिए एफईएल का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए निजमेजेन, नीदरलैंड्स में फेलिक्स, ड्रेसडेन, जर्मनी में टेलबे और नोवोसिबिर्स्क, रूस में नोवोफेल। | ||
इस प्रकार प्रकाश स्रोतों को चलाने के लिए मध्यम ([[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट| | इस प्रकार प्रकाश स्रोतों को चलाने के लिए मध्यम ([[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट|जीईवी (GEV)]]) ऊर्जा, उच्च तीव्रता और उच्च किरण गुणवत्ता वाले इलेक्ट्रॉन त्वरक की बहुत मांग है। | ||
=== कम ऊर्जा वाली मशीनें और कण चिकित्सा === | === कम ऊर्जा वाली मशीनें और कण चिकित्सा === | ||
कण त्वरक के दैनिक उदाहरण टेलीविजन सेट और [[:hi:ऍक्स किरण|एक्स-रे]] जनरेटर में पाए जाने वाले [[ | कण त्वरक के दैनिक उदाहरण टेलीविजन सेट और [[:hi:ऍक्स किरण|एक्स-रे]] जनरेटर में पाए जाने वाले [[कैथोड रे ट्यूब|कैथोड रे नलिका]] हैं। ये कम-ऊर्जा त्वरक उनके बीच कुछ हज़ार वोल्ट के [[:hi:दिष्ट धारा|डीसी]] वोल्टेज के साथ एकल जोड़ी [[:hi:इलेक्ट्रोड|इलेक्ट्रोड]] का उपयोग करते हैं। एक्स-रे जनरेटर में, लक्ष्य स्वयं इलेक्ट्रोड में से एक होता है। कम ऊर्जा वाले कण त्वरक को आयन प्रत्यारोपणकर्ता कहा जाता है जिसका उपयोग एकीकृत सर्किट के निर्माण में किया जाता है। | ||
कम ऊर्जा पर, कैंसर के उपचार के लिए त्वरित नाभिक के पुंजों का उपयोग दवा में [[:hi:कण चिकित्सा|कण चिकित्सा]] के रूप में भी किया जाता है। | कम ऊर्जा पर, कैंसर के उपचार के लिए त्वरित नाभिक के पुंजों का उपयोग दवा में [[:hi:कण चिकित्सा|कण चिकित्सा]] के रूप में भी किया जाता है। | ||
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=== चिकित्सा उपकरणों का विकिरण विसंक्रमण === | === चिकित्सा उपकरणों का विकिरण विसंक्रमण === | ||
[[: | [[:en:Electron-beam_processing|इलेक्ट्रॉन किरण प्रसंस्करण]] सामान्यतः विसंक्रमण के लिए उपयोग किया जाता है। [[:hi:कैथोड किरणें|इलेक्ट्रॉन]] [[:hi:इलेक्ट्रॉन-पुंज प्रक्रमण|किरण]] एक चालु-बंद तकनीक है जो [[:hi:कोबाल्ट-६०|कोबाल्ट -60]] ( <sup>60</sup> Co) या [[:hi:सीज़ियम-137|सीज़ियम -137]] ( <sup>137</sup> Cs) जैसे [[:hi:विकिरण समस्थानिक|रेडियोआइसोटोप]] द्वारा उत्सर्जित गामा या एक्स-रे की तुलना में बहुत अधिक मात्रा दर प्रदान करता है। उच्च मात्रा दर के कारण, कम अनावृत्ति समय की आवश्यकता होती है और बहुलक क्षरण कम हो जाता है। चूंकि [[:hi:इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रॉनों]] में आवेश होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉन किरण गामा और एक्स-रे दोनों की तुलना में कम मर्मज्ञ होती हैं। <ref>{{Cite web|url=https://lss.fnal.gov/archive/2019/conf/fermilab-conf-19-574-di.pdf|title=2019 Midwest Medical Device Sterilization Workshop: Summary Report|date=November 2019|publisher=United States [[United States Department of Energy|Department of Energy]]}}</ref> | ||
== इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक == | == इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक == | ||
[[Image:2mv accelerator-MJC01.jpg|thumb|250px|left|upright=2|1960 के दशक का एकल चरण 2 | [[File:Cockcroft–Walton generator.jpg|thumb|150px|एक कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर (फिलिप्स, 1937), विज्ञान संग्रहालय (लंदन) में संग्रहीत है।.]] | ||
[[Image:2mv accelerator-MJC01.jpg|thumb|250px|left|upright=2|1960 के दशक का एकल चरण 2 एमईवी रैखिक वैन डे ग्रैफ़ त्वरक, यहां रखरखाव के लिए ]] ऐतिहासिक रूप से, पहले त्वरक ने आवेशित कणों को गति देने के लिए एकल स्थिर उच्च वोल्टेज की सरल तकनीक का उपयोग किया। आवेशित कण को एक खाली ट्यूब के माध्यम से त्वरित किया गया था, जिसके दोनों ओर एक इलेक्ट्रोड था, जिसके पार स्थिर क्षमता थी। चूंकि कण केवल एक बार संभावित अंतर से गुजरा, इसलिए आउटपुट ऊर्जा मशीन के त्वरित वोल्टेज तक सीमित थी। हालांकि यह विधि आज भी बहुत लोकप्रिय है, इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक किसी भी अन्य प्रकार से बहुत अधिक संख्या में हैं, वे वायु विद्युत-रोधित मशीनों के लिए लगभग 1 एमवी की व्यावहारिक वोल्टेज सीमा या त्वरक के समय 30 एमवी की व्यावहारिक वोल्टेज सीमा के कारण कम ऊर्जा अध्ययन के लिए अधिक उपयुक्त हैं। [[:en:Sulfur_hexafluoride|सल्फर हेक्साफ्लोराइड]] जैसे उच्च [[:hi:परावैद्युत सामर्थ्य|अचालक सामर्थ्य]] दबाव वाले गैस के टैंक में संचालित होता है। एक ''अग्रानुक्रम त्वरक'' में कणों के आवेश को उलट कर, जब वे टर्मिनल के अंदर होते हैं, कणों को गति देने के लिए क्षमता का दो बार उपयोग किया जाता है। यह [[:hi:आयन|आयनों]] (नकारात्मक रूप से आवेशित किए गए [[:hi:आयन|आयनों]] ) का उपयोग करके [[:hi:परमाणु नाभिक|परमाणु नाभिक]] के त्वरण के साथ संभव है,और फिर उच्च वोल्टेज टर्मिनल के अंदर आयनों से इलेक्ट्रॉनों को अलग करने के लिए किरण को एक पतली पन्नी के माध्यम से पारित करना, उन्हें धनायनों (सकारात्मक रूप से आवेशित किए गए आयनों) में परिवर्तित करना, जो जैसे ही वे टर्मिनल छोड़ते हैं, फिर से तेज हो जाते हैं। | |||
इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक के दो मुख्य प्रकार हैं [[:hi:कॉकरॉफ्ट-वाल्टन जनित्र|कॉक्रॉफ्ट-वाल्टन त्वरक]], जो उच्च वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए डायोड-संधारित्र वोल्टेज गुणक का उपयोग करता है, और [[:hi:वान डी ग्राफ़ जेनरेटर|वैन डी ग्रैफ त्वरक]], जो उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रोड को आवेशित करने के लिए गतिशील तन्तु बेल्ट का उपयोग करता है। यद्यपि इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक एक सीधी रेखा के साथ कणों को गति देते हैं, रैखिक त्वरक शब्द का उपयोग प्रायः त्वरक के लिए किया जाता है जो स्थैतिक विद्युत क्षेत्रों के स्थान पर दोलन करते हैं। | इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक के दो मुख्य प्रकार हैं [[:hi:कॉकरॉफ्ट-वाल्टन जनित्र|कॉक्रॉफ्ट-वाल्टन त्वरक]], जो उच्च वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए डायोड-संधारित्र वोल्टेज गुणक का उपयोग करता है, और [[:hi:वान डी ग्राफ़ जेनरेटर|वैन डी ग्रैफ त्वरक]], जो उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रोड को आवेशित करने के लिए गतिशील तन्तु बेल्ट का उपयोग करता है। यद्यपि इलेक्ट्रोस्टैटिक त्वरक एक सीधी रेखा के साथ कणों को गति देते हैं, रैखिक त्वरक शब्द का उपयोग प्रायः त्वरक के लिए किया जाता है जो स्थैतिक विद्युत क्षेत्रों के स्थान पर दोलन करते हैं। | ||
==विद्युत गतिकी (विद्युत चुम्बकीय) कण त्वरक== | ==विद्युत गतिकी (विद्युत चुम्बकीय) कण त्वरक== | ||
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==== रैखिक त्वरक ==== | ==== रैखिक त्वरक ==== | ||
[[File:Desy tesla cavity01.jpg|thumb|आधुनिक [[:hi:अतिचालक रेडियो आवृत्ति| | [[File:Desy tesla cavity01.jpg|thumb|आधुनिक [[:hi:अतिचालक रेडियो आवृत्ति|अतिचालक रेडियो आवृत्ति]], मल्टीसेल रैखिक त्वरक घटक। ]]एक [[:hi:रैखिक कण त्वरक|रैखिक कण त्वरक]] (लिनैक) में, एक छोर पर लाभ के लक्ष्य के साथ कणों को एक सीधी रेखा में त्वरित किया जाता है। वृत्ताकार त्वरक में अंतःक्षेपित करने से पहले उनका उपयोग अक्सर कणों को एक प्रारंभिक कम-ऊर्जा पदाघात प्रदान करने के लिए किया जाता है। विश्व की सबसे लंबी लिनैक[[:hi:स्टैनफोर्ड रैखिक त्वरक केंद्र|स्टैनफोर्ड रैखिक त्वरक]], एसएलएसी है, जो 3 किमी (1.9 मील) लंबा है। एसएलएसी मूल रूप से एक [[:hi:इलेक्ट्रॉन|इलेक्ट्रॉन]]-[[:hi:पोजीट्रॉन|पॉज़िट्रॉन]] कोलाइडर था लेकिन अब एक एक्स-रे [[:hi:मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर|मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर है]]। | ||
रैखिक उच्च-ऊर्जा त्वरक प्लेटों (या बहाव नलिका) की एक रैखिक सरणी का उपयोग करते हैं, जिसमें एक वैकल्पिक उच्च-ऊर्जा क्षेत्र लागू होता है।जैसे-जैसे कण एक प्लेट के पास पहुंचता हैं, वे प्लेट पर लगाए गए विपरीत ध्रुवता आवेश द्वारा उसकी ओर त्वरित हो जाते हैं। जैसे ही वे प्लेट में एक छेद से गुजरते हैं, [[:hi:विद्युत ध्रुवता|ध्रुवता]] को बदल दिया जाता है ताकि प्लेट अब उन्हें पीछे हटा दे और वे अब इसके द्वारा अगली प्लेट की ओर त्वरित हो जाएं। आम तौर पर कणों के "गुच्छों" की एक धारा तेज हो जाती है, इसलिए प्रत्येक प्लेट के लिए इस प्रक्रिया को लगातार दोहराने के लिए प्रत्येक प्लेट पर सावधानीपूर्वक नियंत्रित एसी वोल्टेज लगाया जाता है। | रैखिक उच्च-ऊर्जा त्वरक प्लेटों (या बहाव नलिका) की एक रैखिक सरणी का उपयोग करते हैं, जिसमें एक वैकल्पिक उच्च-ऊर्जा क्षेत्र लागू होता है।जैसे-जैसे कण एक प्लेट के पास पहुंचता हैं, वे प्लेट पर लगाए गए विपरीत ध्रुवता आवेश द्वारा उसकी ओर त्वरित हो जाते हैं। जैसे ही वे प्लेट में एक छेद से गुजरते हैं, [[:hi:विद्युत ध्रुवता|ध्रुवता]] को बदल दिया जाता है ताकि प्लेट अब उन्हें पीछे हटा दे और वे अब इसके द्वारा अगली प्लेट की ओर त्वरित हो जाएं। आम तौर पर कणों के "गुच्छों" की एक धारा तेज हो जाती है, इसलिए प्रत्येक प्लेट के लिए इस प्रक्रिया को लगातार दोहराने के लिए प्रत्येक प्लेट पर सावधानीपूर्वक नियंत्रित एसी वोल्टेज लगाया जाता है। | ||
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जैसे-जैसे कण प्रकाश की गति के समीप पहुंचते हैं, विद्युत क्षेत्रों की बदलाव दर इतनी अधिक हो जाती है कि वे [[:hi:रेडियो आवृत्ति|रेडियो आवृत्ति]] पर काम करते हैं, और इसलिए साधारण प्लेटों के स्थान पर उच्च ऊर्जा मशीनों में [[:hi:सूक्ष्मतरंग कोटर|माइक्रोवेव गुहाओं]] का उपयोग किया जाता है। | जैसे-जैसे कण प्रकाश की गति के समीप पहुंचते हैं, विद्युत क्षेत्रों की बदलाव दर इतनी अधिक हो जाती है कि वे [[:hi:रेडियो आवृत्ति|रेडियो आवृत्ति]] पर काम करते हैं, और इसलिए साधारण प्लेटों के स्थान पर उच्च ऊर्जा मशीनों में [[:hi:सूक्ष्मतरंग कोटर|माइक्रोवेव गुहाओं]] का उपयोग किया जाता है। | ||
[ | [https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_therapy|'''रेडियोथेरेपी'''] और [https://en.wikipedia.org/wiki/Radiosurgery|'''रेडियोसर्जरी'''] के लिए रैखिक त्वरक का व्यापक रूप से दवा में उपयोग किया जाता है। चिकित्सा श्रेणी लिनेक्स एक क्लिस्ट्रॉन और एक जटिल झुकने वाली चुंबक व्यवस्था का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनों को गति प्रदान करता है जो 6-30 एमईवी ऊर्जा की किरण उत्पन्न करता है। इलेक्ट्रॉनों का सीधे उपयोग किया जा सकता है या उन्हें एक्स-रे की किरण बनाने के लिए लक्ष्य से टकराया जा सकता है। उत्पादित विकिरण किरण की विश्वसनीयता, लचीलेपन और सटीकता ने उपचार उपकरण के रूप में कोबाल्ट -60 चिकित्सा के पुराने उपयोग को काफी हद तक समाप्त कर दिया है। | ||
=== परिपत्र या चक्रीय आरएफ त्वरक === | === परिपत्र या चक्रीय आरएफ त्वरक === | ||
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==== साइक्लोट्रॉन ==== | ==== साइक्लोट्रॉन ==== | ||
[[File:Berkeley 60-inch cyclotron.jpg|thumb|अगस्त 1939 में [[:hi:कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय|यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया]] [[:hi:लॉरेंस विकिरण प्रयोगशाला|लॉरेंस रेडिएशन लेबोरेटरी]], बर्कले में, लॉरेंस का 60 इंच का साइक्लोट्रॉन, 60 इंच (5 फीट, 1.5 मीटर) व्यास के चुंबक ध्रुवों के साथ, उस समय दुनिया का सबसे शक्तिशाली त्वरक था। [[:hi:ग्लेन टी. सीबोर्ग|ग्लेन टी. सीबॉर्ग]] और [[:hi:एडविन मैकमिलन|एडविन मैकमिलन]] ''(दाएं)'' ने इसका इस्तेमाल [[:hi:प्लूटोनियम|प्लूटोनियम]], [[:hi:नेप्टूनियम|नेपच्यूनियम]] और कई अन्य ट्रांसयूरानिक तत्वों और | |||