कण त्वरक: Difference between revisions

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'''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>


[[:hi:कण भौतिकी|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) है, जिसे सीईआरएन द्वारा संचालित किया जाता है। यह एक [[:hi:कोलाइडर (त्वरक)|कोलाइडर]] त्वरक है, जो प्रोटॉन के दो बीमों को 6.5 टीईवी की ऊर्जा तक बढ़ा सकता है। और उन्हें 13 टीईवी 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 रेडियोआइसोटोप 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>
[[:hi:कण भौतिकी|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) 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 की ऊर्जा तक बढ़ा सकता है। और उन्हें 13 टीईवी 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 इलेक्ट्रोडायनामिक (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 ''इलेक्ट्रोडायनामिक'' 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 इलेक्ट्रोडायनामिक (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 ''इलेक्ट्रोडायनामिक'' 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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[[:hi:रॉल्फ वाइडर|रॉल्फ विडेरो]], [[:hi:गुस्ताव इसिंग|गुस्ताव इसिंग]], [[:hi:लियो स्ज़िलार्डो|लियो स्ज़िलार्ड]], [[:hi:मैक्स स्टीनबेक|मैक्स स्टीनबेक]], और [[:hi:अर्नेस्ट लारेन्स|अर्नेस्ट लॉरेंस]] को इस क्षेत्र का अग्रणी माना जाता है, जिन्होंने पहले परिचालन [[:hi:रैखिक कण त्वरक|रैखिक कण त्वरक]], <ref>Pedro Waloschek (ed.): ''The Infancy of Particle Accelerators: Life and Work of Rolf Wideröe'', Vieweg, 1994</ref> [[:hi:बीटाट्रॉन|बीटाट्रॉन]] और [[:hi:साइक्लोट्रॉन|साइक्लोट्रॉन]] की कल्पना की और निर्माण किया।
[[:hi:रॉल्फ वाइडर|रॉल्फ विडेरो]], [[:hi:गुस्ताव इसिंग|गुस्ताव इसिंग]], [[:hi:लियो स्ज़िलार्डो|लियो स्ज़िलार्ड]], [[:hi:मैक्स स्टीनबेक|मैक्स स्टीनबेक]], और [[:hi:अर्नेस्ट लारेन्स|अर्नेस्ट लॉरेंस]] को इस क्षेत्र का अग्रणी माना जाता है, जिन्होंने पहले परिचालन [[:hi:रैखिक कण त्वरक|रैखिक कण त्वरक]], <ref>Pedro Waloschek (ed.): ''The Infancy of Particle Accelerators: Life and Work of Rolf Wideröe'', Vieweg, 1994</ref> [[:hi:बीटाट्रॉन|बीटाट्रॉन]] और [[:hi:साइक्लोट्रॉन|साइक्लोट्रॉन]] की कल्पना की और निर्माण किया।


चूंकि प्रारंभिक त्वरक के कण किरणों का लक्ष्य आमतौर पर पदार्थ के एक टुकड़े के परमाणु थे, जिसका लक्ष्य परमाणु संरचना की जांच के लिए उनके नाभिक के साथ टकराव पैदा करना था, त्वरक को आमतौर पर 20 वीं शताब्दी में परमाणु स्मैशर्स के रूप में संदर्भित किया जाता था। <ref>{{Cite journal|date=April 1935|title=six Million Volt Atom Smasher Creates New Elements|url=https://books.google.com/books?id=lNsDAAAAMBAJ&q=%22Six+Million+Volt+Atom+Smasher+Creates+New+Elements%22&pg=PA580|journal=[[Popular Mechanics]]|page=580}}</ref> यह शब्द इस तथ्य के बावजूद बना रहता है कि कई आधुनिक त्वरक एक कण और एक परमाणु नाभिक के बजाय दो [[:hi:अवपरमाणुक कण|उप-]] परमाणु कणों के बीच टकराव पैदा करते हैं। <ref>{{Cite news|last=Higgins|first=A. G.|title=Atom Smasher Preparing 2010 New Science Restart|url=https://www.usnews.com/science/articles/2009/12/18/atom-smasher-preparing-2010-new-science-restart.html|date=December 18, 2009|publisher=[[U.S. News & World Report]]}}</ref> <ref>{{Cite journal|last=Cho|first=A.|date=June 2, 2006|title=Aging Atom Smasher Runs All Out in Race for Most Coveted Particle|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=312|issue=5778|pages=1302–1303|doi=10.1126/science.312.5778.1302|pmid=16741091}}</ref> <ref>{{Cite book|year=2005|chapter=Atom smasher|chapter-url=https://books.google.com/books?id=yKUagx8PB_EC&q=%22atom+smasher%22&pg=PA49|title=American Heritage Science Dictionary|page=[https://archive.org/details/isbn_9780618455041/page/49 49]|publisher=[[Houghton Mifflin Harcourt]]|isbn=978-0-618-45504-1|title-link=American Heritage Science Dictionary}}</ref>
चूंकि प्रारंभिक त्वरक के कण किरणों का लक्ष्य आमतौर पर पदार्थ के एक टुकड़े के परमाणु थे, जिसका लक्ष्य परमाणु संरचना की जांच के लिए उनके नाभिक के साथ टकराव पैदा करना था, त्वरक को आमतौर पर 20 वीं शताब्दी में परमाणु स्मैशर्स के रूप में संदर्भित किया जाता था। <ref>{{Cite journal|date=April 1935|title=six Million Volt Atom Smasher Creates New Elements|url=https://books.google.com/books?id=lNsDAAAAMBAJ&q=%22Six+Million+Volt+Atom+Smasher+Creates+New+Elements%22&pg=PA580|journal=[[Popular Mechanics]]|page=580}}</ref> यह शब्द इस तथ्य के बावजूद बना रहता है कि कई आधुनिक त्वरक एक कण और एक परमाणु नाभिक के स्थान पर दो [[:hi:अवपरमाणुक कण|उप-]] परमाणु कणों के बीच टकराव पैदा करते हैं। <ref>{{Cite news|last=Higgins|first=A. G.|title=Atom Smasher Preparing 2010 New Science Restart|url=https://www.usnews.com/science/articles/2009/12/18/atom-smasher-preparing-2010-new-science-restart.html|date=December 18, 2009|publisher=[[U.S. News & World Report]]}}</ref> <ref>{{Cite journal|last=Cho|first=A.|date=June 2, 2006|title=Aging Atom Smasher Runs All Out in Race for Most Coveted Particle|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=312|issue=5778|pages=1302–1303|doi=10.1126/science.312.5778.1302|pmid=16741091}}</ref> <ref>{{Cite book|year=2005|chapter=Atom smasher|chapter-url=https://books.google.com/books?id=yKUagx8PB_EC&q=%22atom+smasher%22&pg=PA49|title=American Heritage Science Dictionary|page=[https://archive.org/details/isbn_9780618455041/page/49 49]|publisher=[[Houghton Mifflin Harcourt]]|isbn=978-0-618-45504-1|title-link=American Heritage Science Dictionary}}</ref>


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[[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) बीम ट्यूब को कवर करने वाली इमारत, जो दुनिया का दूसरा सबसे शक्तिशाली लाइनैक है। ]]
[[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) बीम ट्यूब को कवर करने वाली इमारत, जो दुनिया का दूसरा सबसे शक्तिशाली लाइनैक 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|जीएवी]] 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>
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|जीएवी]] 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 आम तौर पर कई [[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट|जीएवी]] 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 बना 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 जीएवी या अधिक।
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 आम तौर पर कई [[:hi:इलेक्ट्रॉन वोल्ट|जीएवी]] 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 जीएवी 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]] (एलएचसी) 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>
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) 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>

Revision as of 18:52, 14 July 2022

File:Fermilab.jpg
टेवाट्रॉन (बैकग्राउंड सर्कल), फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी (फर्मिलैब), बटाविया, इलिनोइस, यूएसए में एक सिंक्रोट्रॉन कोलाइडर प्रकार का कण त्वरक। 2011 में शट डाउन, 2007 तक यह दुनिया का सबसे शक्तिशाली कण त्वरक था, प्रोटॉन को 1 से अधिक की ऊर्जा में गति प्रदान करता था TeV (टेरा इलेक्ट्रॉन वोल्ट)। प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन के बीम, रिंग के एकल निर्वात कक्ष में विपरीत दिशाओं में घूमते हुए, दो चुंबकीय रूप से प्रेरित चौराहे बिंदुओं पर टकराए।।
File:Linear accelerator animation 16frames 1.6sec.gif
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 आवेशित कणों को बहुत तेज गति और ऊर्जा तक प्रेरित करने और उन्हें अच्छी तरह से परिभाषित किरण में समाविष्ट करने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उपयोग करती है। [1]

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) है, जिसे सीईआरएन द्वारा संचालित किया जाता है। यह एक कोलाइडर त्वरक है, जो प्रोटॉन के दो किरणों को 6.5 टीईवी की ऊर्जा तक बढ़ा सकता है। और उन्हें 13 टीईवी 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। [2]

त्वरक के दो मूलभूत वर्ग हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक और इलेक्ट्रोडायनामिक (या विद्युत चुम्बकीय) त्वरक। [3] इलेक्ट्रोस्टैटिक कण त्वरक कणों को तेज करने के लिए स्थिर विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करते हैं। सबसे सामान्य प्रकार कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर और वैन डी ग्रैफ जनरेटर हैं । इस वर्ग का एक छोटा-सा उदाहरण एक साधारण पुराने टेलीविजन सेट में कैथोड रे नलिका है। इन उपकरणों में कणों के लिए प्राप्त करने योग्य गतिज ऊर्जा त्वरित वोल्टेज द्वारा निर्धारित की जाती है, जो विद्युत व्यवधान से सीमित होती है। दूसरी ओर इलेक्ट्रोडायनामिक या विद्युत चुम्बकीय त्वरक कणों को तेज करने के लिए बदलते विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (या तो चुंबकीय प्रेरण या दोलन 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।

रॉल्फ विडेरो, गुस्ताव इसिंग, लियो स्ज़िलार्ड, मैक्स स्टीनबेक, और अर्नेस्ट लॉरेंस को इस क्षेत्र का अग्रणी माना जाता है, जिन्होंने पहले परिचालन रैखिक कण त्वरक, [4] बीटाट्रॉन और साइक्लोट्रॉन की कल्पना की और निर्माण किया।

चूंकि प्रारंभिक त्वरक के कण किरणों का लक्ष्य आमतौर पर पदार्थ के एक टुकड़े के परमाणु थे, जिसका लक्ष्य परमाणु संरचना की जांच के लिए उनके नाभिक के साथ टकराव पैदा करना था, त्वरक को आमतौर पर 20 वीं शताब्दी में परमाणु स्मैशर्स के रूप में संदर्भित किया जाता था। [5] यह शब्द इस तथ्य के बावजूद बना रहता है कि कई आधुनिक त्वरक एक कण और एक परमाणु नाभिक के स्थान पर दो उप- परमाणु कणों के बीच टकराव पैदा करते हैं। [6] [7] [8]

उपयोग

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पेरिस में जुसीयू कैंपस के बेसमेंट में वैन डे ग्रैफ़ एक्सेलेरेटर से विभिन्न प्रयोगों तक जाने वाली बीमलाइन्स ।
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कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में स्टैनफोर्ड लीनियर एक्सेलेरेटर (एसएलएसी) की 2 मील (3.2 किमी) बीम ट्यूब को कवर करने वाली इमारत, जो दुनिया का दूसरा सबसे शक्तिशाली लाइनैक 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। [9] यह अनुमान लगाया गया है कि दुनिया भर में लगभग 30,000 त्वरक हैं। इनमें से केवल 1% ही 1जीएवी 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।[10]

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 आम तौर पर कई जीएवी 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 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 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 2-निकाय परस्पर क्रिया के रूप में उपयोगी माने जा सकते हैं, जिनसे वे बने हैं। यह प्राथमिक कण भौतिकशास्री इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन, प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन की किरण बनाने वाली मशीनों का उपयोग करते हैं, जो एक दूसरे के साथ या सबसे सरल नाभिक (जैसे, हाइड्रोजन या ड्यूटेरियम ) के साथ उच्चतम संभव ऊर्जा पर परस्पर क्रिया करते हैं, सामान्यतः सैकड़ों जीएवी या अधिक।

प्राथमिक कण भौतिकी के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे बड़ा और उच्चतम-ऊर्जा कण त्वरक सीईआरएन में बड़े हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) है, जो 2009 से संचालित है।[11]

परमाणु भौतिकी और समस्थानिक उत्पादन

परमाणु भौतिक विज्ञानी और ब्रह्मांड विज्ञानी नंगे परमाणु नाभिक के बीम का उपयोग कर सकते हैं, इलेक्ट्रॉनों से छीन लिया जा सकता है, स्वयं नाभिक की संरचना, अंतःक्रियाओं और गुणों की जांच करने के लिए, और अत्यधिक उच्च तापमान और घनत्व पर संघनित पदार्थ का उपयोग कर सकते हैं, जैसे कि पहले क्षणों में हो सकता है बिग बैंग की। इन जांचों में अक्सर भारी नाभिकों की टक्कर शामिल होती है – लोहे या सोने जैसे परमाणुओं के – कई GeV प्रति न्यूक्लियॉन की ऊर्जा पर। इस तरह का सबसे बड़ा कण त्वरक ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में रिलेटिविस्टिक हेवी आयन कोलाइडर (आरएचआईसी) है।

कण त्वरक प्रोटॉन बीम भी उत्पन्न कर सकते हैं, जो विखंडन रिएक्टरों में बने न्यूट्रॉन-समृद्ध लोगों के विपरीत प्रोटॉन-समृद्ध चिकित्सा या अनुसंधान आइसोटोप का उत्पादन कर सकते हैं; हालाँकि, हाल के काम ने दिखाया है कि हाइड्रोजन के समस्थानिकों को तेज करके, आमतौर पर रिएक्टरों में बने 99 Mo को कैसे बनाया जाता है, [12] हालांकि इस विधि में अभी भी ट्रिटियम का उत्पादन करने के लिए एक रिएक्टर की आवश्यकता होती है। इस प्रकार की मशीन का एक उदाहरण लॉस एलामोस में LANSCE है।

सिंक्रोट्रॉन विकिरण

एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से फैलने वाले इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन विकिरण के माध्यम से बहुत उज्ज्वल और सुसंगत फोटॉन बीम का उत्सर्जन करते हैं। परमाणु संरचना, रसायन विज्ञान, संघनित पदार्थ भौतिकी, जीव विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अध्ययन में इसके कई उपयोग हैं। दुनिया भर में बड़ी संख्या में सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत मौजूद हैं। अमेरिका में उदाहरण एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी में एसएसआरएल, आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी में एपीएस, लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में एएलएस और ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में एनएसएलएस हैं। यूरोप में, लुंड, स्वीडन में MAX IV, बर्लिन, जर्मनी में BESSY, ऑक्सफ़ोर्डशायर, यूके में डायमंड, ग्रेनोबल, फ्रांस में ESRF हैं, बाद वाले का उपयोग एम्बर में फंसे कीड़ों की विस्तृत 3-आयामी छवियों को निकालने के लिए किया गया है। [13]

फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर (एफईएल) सिंक्रोट्रॉन विकिरण पर आधारित प्रकाश स्रोतों का एक विशेष वर्ग है जो उच्च अस्थायी सुसंगतता के साथ छोटी दालों को प्रदान करता है। एक विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया एफईएल अवलोकनीय ब्रह्मांड में एक्स-रे का सबसे शानदार स्रोत है। [14] सबसे प्रमुख उदाहरण अमेरिका में एलसीएलएस और जर्मनी में यूरोपीय एक्सएफईएल हैं। नरम एक्स-रे लेज़रों की ओर अधिक ध्यान आकर्षित किया जा रहा है, जो पल्स शॉर्टिंग के साथ-साथ एटोसेकंड विज्ञान के लिए नए तरीकों को खोलता है। [15] एक्स-रे के अलावा, टेराहर्ट्ज प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए एफईएल का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए Nijmegen, नीदरलैंड्स में FELIX, ड्रेसडेन, जर्मनी में TELBE और नोवोसिबिर्स्क, रूस में NovoFEL।

इस प्रकार प्रकाश स्रोतों को चलाने के लिए मध्यम ( GeV ) ऊर्जा, उच्च तीव्रता और उच्च बीम गुणवत्ता वाले इलेक्ट्रॉन त्वरक की बहुत मांग है।

कम ऊर्जा वाली मशीनें और कण चिकित्सा

कण त्वरक के दैनिक उदाहरण टेलीविजन सेट और एक्स-रे जनरेटर में पाए जाने वाले कैथोड रे ट्यूब हैं। ये कम-ऊर्जा त्वरक उनके बीच कुछ हज़ार वोल्ट के डीसी वोल्टेज के साथ एकल जोड़ी इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं। एक्स-रे जनरेटर में, लक्ष्य ही इलेक्ट्रोड में से एक है। आयन इम्प्लांटर नामक एक कम ऊर्जा वाले कण त्वरक का उपयोग एकीकृत परिपथों के निर्माण में किया जाता है।

कम ऊर्जा पर, कैंसर के उपचार के लिए त्वरित नाभिक के पुंजों का उपयोग दवा में कण चिकित्सा के रूप में भी किया जाता है।

परमाणु प्रतिक्रियाओं का कारण बनने के लिए पर्याप्त गति के लिए कणों को तेज करने में सक्षम डीसी त्वरक प्रकार हैं कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर या