İçeriğe atla

Hızlandırıcı fiziği

Kontrol Edilmiş

Hızlandırıcı fiziği uygulamalı fiziğin bir alt dalıdır. Genellikle, parçacık hızlandırıcı; inşası, tasarımı ve kullanılmasıyla ilgilenir. Bu konuda genellikle hareket konularını, rölativistik etkilerin parçacıklar ve parçacık huzmelerine etkisi ve parçacıkların birbirleriyle etkileşimlerini göz önünde bulundururlar. Özellikle hızlandırıcı inşasında elektrik alan ve manyetik alan özelliklerinden yararlanılır.

Hızlandırcı fiziğiyle alakalı bilim alanları:

  • Mikrodalga Mühendisliği (Parçacıkları hızlandırmak için gereken radyo frekansı aralığını belirlemek).
  • Optik (Parçacıkları istenilen bölgeye odaklamak ve lazerlerle parçacıkların etkileşimini incelemek).
  • Bilgisayar Bilimleri (verileri toplamak, analiz etmeye uygun hale getirmek ve analizlerini yapmak).

Hızlandırıcı fiziği genellikle fiziğin diğer alanlarında sonuç bulmak için kullanır. Örneğin; parçacık fiziği, çekirdek fiziği, yoğun madde fiziği bu alanlardan birkaçıdır. Hızlandırıcı fiziğinde genellikle parçacık demetlerin özelliklerini anlamak için deneyler yapılır. Parçacık demetlerinin ortalama enerjisi, yoğunluğu içerdiği parçacıklar analiz edilir.

Hızlandırıcı ve parçacıkların RF yapılarıyla etkileşimleri

İleri röletivistik parçacıkların hızlandırması için kullanılan Süper iletken niobium oyugu Tesla Projesi

Genellikle yüklü parçacıkları hızlandırmak için elektrik alan kullanılır. Örneğin, voltaj çoğaltıcı tüpler. Fakat bu metot yüksel voltajın elektriksel boşalmasıyla limitlidir. Sonuç olarak elektrik alan içerisindeki parçacığın enerjisi korunumludur, yani çıkılabilecek en yüksek kinetik enerji voltaj değerine bağlıdır.

Doğrusal parçacık hızlandırıcılarda zamanla değişen elektrik alanı kullanılmaktadır. Bu alanı kontrol edebilmek için çeşitli yapılar kullanır. Bu yapılar radyo frekansları ile kontrol edilir ve eğer bir parçacık bu alana girerse kaybettiği kinetik enerjiyi tekrar kazanır ve sabit bir enerjide yolunu devam eder böylelikle sistemdeki enerji salınımlarından kurtulunmuş olunur.

Bu tarz hızlandırıcılarda parçacık demetinin etrafında genelde diğer maddelerin olmaması istenir bunun için bu parçacıklar vakumda ve kapalı bir ortam içerisinde hızlandırılmadır. Çünkü yüksek enerjili parçacık demeti etrafında bulunan diğer gazlarla etkileşime geçerek enerjisini büyük bir kısmını kaybedebilir. Bu durum genellikle istenmez çünkü parçacıklar enerjisini kaybettiği zaman çarpışmaların verimi düşer ve çarpışma sonucu gözlenmek istenen bazı parçacıklar gözlenemez.

Parçacık demeti dinamikleri

Yüklü parçacıkların yüksek hıza sahip olmalarından dolayı bu parçacıklara Lorentz Kuvveti eşlik eder bu yüzden parçacıklar izledikleri yoldan çıkabilir. Bunu engellemek için manyetizma ve manyetik etkiler kullanılır. Yaygın olarak kullanılan detertörlerde (siklotron ya da betatron) parçacıkların uygun yolu izlemesi için elektromıknatıslar kullanılmaktadır. Bu mıknatıslar parçacık demetini bükerek ve her yönden baskı oluşturarak demetin doğru bir hizada ve istenilen yolda ilerlemesini sağlar.

Simülasyon Kodları

Bir hızlandırıcı yapılmadan önce tüm olası durumları önceden test etmek gerekmektedir. Simülasyonlar bu durumda çok önemli rol oynamaktadır. Özellikle bu metot için bilgisayar yaklaşımları ve modelleri kullanılır olası tüm durumlar test edilmeye çalışılır. Bu simülasyonlar parçacık demeti dinamikleri ve elektrik ve manyetik alanlarının hızlandırıcı için farklı değerler ve durumlar için test edilerek en iyi tasarımın yapılmasını sağlamaktadır. Bu tür simülasyon paketlerini ve programlarını genellikle Cern tarafında herkese açık olarak yayınlanır.

Bilgisayar Sınırları

Bilgisayarda yapılan işlemlerin bir sınırı vardır hızlandırıcı fiziğinde bu sınırlar sonuna kadar kullanılarak olası durumların tamamının analizi yapılmaya çalışılır.

Bilgisayar simülasyonları yapılırken çeşitli programlama dilleri kullanılır fakat bilgisayarlı hesaplama yöntemlerinin tamamında bir hata vardır. Örneğin, yuvarlama hatası bu hatayla sayılarla çalışırken daha fazla karşılaşılır her bir hesaplama bir hatayla gelir ve hesaplamanın en sonunda bu hata göz ardı edilemeyecek kadar buyuk olur ve önceden test edilen durumlar hakkında yanlış bir sonuca varılmasına neden olabilir.

Bu çeşit hataları azaltmak için yazılan kodların optimizasyonun çok iyi yapılarak çalışan algoritmanın mümkün olduğunca az işlem içermesine özen gösterilir.

Kaynakça

İlave Linkler

İlgili Araştırma Makaleleri

Fizik, maddeyi, maddenin uzay-zaman içinde hareketini, enerji ve kuvvetleri inceleyen doğa bilimi. Fizik, Temel Bilimler'den biridir. Temel amacı evrenin işleyişini araştırmaktır. Fizik en eski bilim dallarından biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belirli alt dalları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür.

<span class="mw-page-title-main">Elektrik</span> elektrik yükünün varlığı ve akışı ile ilgili fiziksel olaylar

Elektrik, elektrik yüklerinin akışına dayanan bir dizi fiziksel olaya verilen isimdir. Elektrik sözcüğü Türkçeye Fransızcadan geçmiştir. Elektriğin Türkçe eş anlamlısı çıngı sözcüğüdür. Ayrıca Anadolu ağızlarında elektrik anlamında yaldırayık sözcüğü tespit edilmiştir. Elektrik, pek çok farklı şekillerde var olabilir. Örneğin, yıldırımlar, durgun elektrik, elektromanyetik indüksiyon ve elektrik akımı gibi. Ek olarak, elektriğin elektromanyetik radyasyon, radyo dalgaları gibi oluşumları olduğu bilinmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Elektron</span> Temel elektrik yüküne sahip atomaltı parçacık

Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetizma</span> elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet

Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet'tir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten biri, elektromanyetizmadır. Diğer üçü; güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim kuvvetidir.

<span class="mw-page-title-main">Transformatör</span> Elektrik-elektronik devre elemanı

Transformatör ya da kısa adıyla trafo iki veya daha fazla elektrik devresini elektromanyetik indüksiyonla birbirine bağlayan bir elektrik aletidir. Bir elektrik devresinden diğer elektrik devresine, enerjiyi elektromanyetik alan aracılığıyla nakletmektedir. Transformatörler elektrik enerjisinin belirli gücünde gerilim ve akım değerlerinde istenilen değişimi yapan makinelerdir. Transformatör, elektrik enerjisini bir elektrik devresinden başka bir devreye veya birden fazla devreye aktaran bileşendir. Transformatörün herhangi bir bobinindeki değişen akım, transformatörün çekirdeğinde değişken bir manyetik akı üretmektedir. Oluşan akım, aynı çekirdek etrafına sarılmış diğer bobinler boyunca değişen bir elektromotor kuvveti indüklemektedir. Elektrik enerjisi, iki devre arasında metalik (iletken) bir bağlantı olmadan ayrı bobinler arasında aktarılabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık fiziği</span>

Parçacık fiziği, maddeyi ve ışınımı oluşturan parçacıkların doğasını araştıran bir fizik dalıdır. Parçacık kelimesi birçok küçük nesneyi andırsa da, parçacık fiziği genellikle gözlemlenebilen, indirgenemez en küçük parçacıkları ve onların davranışlarını anlamak için gerekli temel etkileşimleri araştırır. Şu anki anlayışımıza göre bu temel parçacıklar, onların etkileşimlerini de açıklayan kuantum alanlarının uyarımlarıdırlar. Günümüzde, bu temel parçacıkları ve alanları dinamikleriyle birlikte açıklayan en etkin teori Standart Model olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden günümüz parçacık fiziği genellikle Standart Modeli ve onun olası uzantılarını inceler.

<span class="mw-page-title-main">Elektromotor kuvvet</span>

Elektromanyetizma ve elektronikte, elektromotor kuvvet, elektriksel olmayan bir kaynak tarafından üretilen elektriksel eylemdir. Cihazlar (dönüştürücüler); piller ya da jeneratörler gibi diğer enerji türlerini elektrik enerjisine dönüştürerek bir emf sağlar. Bazen elektromotor kuvveti tanımlamak için su basıncına bir analoji kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık hızlandırıcı</span>

Parçacık hızlandırıcı, yüklü parçacıkları yüksek hızlara çıkarmak ve demet halinde bir arada tutmak için elektromanyetik alanları kullanan araçların genel adıdır. Büyük hızlandırıcılar parçacık fiziğinde çarpıştırıcılar olarak bilinirler. Diğer tip parçacık hızlandırıcılar, kanser hastalıklarında parçacık tedavisi, yoğun madde fiziği çalışmalarında senkrotron ışık kaynağı olmaları gibi birçok farklı uygulamalarda kullanılır. Şu an dünya çapında faaliyette olan 30.000'den fazla hızlandırıcı bulunmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Plazma</span> gaz haldeki maddelerin manyetik kutuplaştırmaya bağlı doğrusal noktalarda oluşan fiziksel ve kimyasal reaksiyonun kontrollü etkileşim süreci

Plazma, gaz hâldeki maddelerin manyetik kutuplaştırmaya bağlı doğrusal noktalarda oluşan fiziksel ve kimyasal tepkimenin kontrollü etkileşim sürecine verilen genel ad. Daha kolay bir tanımla; atomun elektronlardan arınmış hâlidir.

<span class="mw-page-title-main">Siklotron</span> bir çeşit parçacık hızlandırıcı

Siklotron bir çeşit parçacık hızlandırıcıdır. Siklotronlar yüklü parçacıkları yüksek frekanslı alternatif gerilim kullanarak hızlandırır.

<span class="mw-page-title-main">Alan (fizik)</span>

Alan, fizik kuramlarında kullanılan, matematikteki cebirsel alanın tüm özelliklerini taşıyan terim. Genellikle bu etki 100 nanometre ve daha küçük skalalarda etkili olur. Bu etki nanoteknolojiyle aynı ölçeğe denk gelir. Bir alan mekan ve zaman içinde her bir nokta için bir değeri olan bir fiziksel miktardır. Örneğin, hava durumu, rüzgâr hızı uzayda her nokta için bir vektör atayarak tarif edilmektedir. Her bir vektör bu noktada hava hareketinin hızını ve yönünü temsil eder.

<span class="mw-page-title-main">Kuantum alan teorisi</span> hareketli parçacık sistemlerinin kuantizasyonuyla ilgilenen parçacık mekaniğiyle benzer olarak, alanların hareketli sistemlerine parçacık mekaniğinin uygulamasıdır

Kuantum Alan Teorisi (METATEORİ); Klasik Birleşik Alan (KAT) Teorilerini, Özel Görekliliği (SRT), Kuantum mekaniği (KM) teorilerini tek bir teorik çerçeve altında toplayan bir üst teoridir.

<span class="mw-page-title-main">Temel parçacık</span> Başka parçacıklardan oluştuğu bilinmeyen parçacıklar.

Temel parçacıklar, bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.

<span class="mw-page-title-main">Hesaplamalı fizik</span>

Hesaplamalı fizik, fizik sorunlarını çözebilmek için sayısal algoritmaların üretilmesi ve gerçeklenmesini içerir. Genelde kuramsal fizikin bir alt dalı olarak değerlendirilir ancak bazen de kuramsal ve deneysel fizik arasında orta bir dal olarak da düşünülür.

Kuantum mekaniği madde ve atomların ve atom içindeki parçacıklar ölçeğinde enerji ile etkileşimlerinin davranışını açıklayan bilimsel ilkeler organıdır: Bu makaleye teknik olmayan konuların tanıtımında ulaşabilirsiniz.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık</span>

Fiziksel bilimlerde parçacık çeşitli hacim ya da kütle gibi fiziksel ya da kimyasal özellikler yüklenmiş küçük yerelleştirilmiş nesnedir. Çeşitli bilimsel alanlarda kelimenin anlamı isteğe bağlı değiştirilmiştir. parçacıklardan oluşan bir şey partiküler olarak atfedilebilir. her ne kadar bu terim genellikle bağlantısız parçacıkların bir süspansiyonu yerine kullanılsa da, bağlı bir partikül toplama ifade etmek için kullanılır. Nesnelerin parçacık olup olmadığı ölçek bağlamına bağlı olarak düşünülebilir. Eğer nesnenin kendi ölçüsü küçük ya da ihmal edilebilir ise ya da eğer geometrik özellikleri ve yapısı düzensiz ise nesne parçacık olarak düşünülebilir. Örneğin kumsaldaki bir kum tanesi parçacık olarak düşünülebilir çünkü bir kum tanesinin büyüklüğü kumsala kıyasla ihmal edilebilir ve tek tek kum tanelerinin özellikleri genellikle eldeki sorunla alakasız olurlar. Eğer bir bukminsterflere molekülüyle kıyaslanırsa kum taneleri parçacık olarak düşünülemez.(~1 nm)

<span class="mw-page-title-main">Manyetik tek kutup</span>

Manyetik monopol, parçacık fiziğinde yalıtılmış tek bir manyetik kutbu olan kuramsal bir temel parçacıktır. Daha teknik terimlerle açıklanacak olursa, bir manyetik monopol net manyetik yükü olan bir parçacıktır. Bu teori köklerini manyetik monopollerin varlığını öngören parçacık teorileri, özellikle büyük birleşim ve süper sicim teorilerinden alır. Çubuk şeklindeki mıknatısların manyetik alanı ve elektromanyetikler manyetik monopollerden kaynaklanmazlar. Manyetik monopollerin varlığını kanıtlayan herhangi bir deneysel veri yoktur. Bazı yoğun madde sistemleri efektif manyetik monopol, quasi parçacığını veya matematiksel olarak manyetik monopollerle benzeşen bazı fenomenleri barındırır.

<span class="mw-page-title-main">Kütle-yük oranı</span>

Kütle-yük oranı (m/Q), yüklü parçacıkların elektrodinamiğinde elektron optiği ve iyon optiği gibi alanlarda en yaygın şekilde kullanılan fiziksel niceliktir. Elektron mikroskobu, katot ışını tüpleri, hızlandırıcı fiziği, nükleer fizik, Auger elektron spektroskopisi, kozmoloji ve kütle spektrometrisi gibi bilimsel alanlarda görülür. Klasik elektrodinamiğe göre yük-kütle oranının önemi, aynı yük-kütle oranına sahip iki parçacığın, aynı elektrik ve manyetik alanlara maruz kaldıklarında bir vakumda aynı yolda hareket etmeleridir. SI birimi kg/C. Nadir durumlarda kütle spektrometrisi birimi olarak Thomson kullanılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Çarpıştırıcı</span>

Çarpıştırıcı, yönlendirilmiş parçacık ışınlarını içeren bir tür parçacık hızlandırıcıdır. Çarpıştırıcılar, halka hızlandırıcı veya doğrusal hızlandırıcı olabilir ve tek bir parçacık ışınını durağan bir hedefe veya başka bir ışına çarpıştırabilirler.

<span class="mw-page-title-main">Bremsstrahlung</span>

Bremsstrahlung ya da frenleme radyasyonu, yüklü bir parçacığın, başka bir yüklü parçacık tarafından saptırılarak yavaşlaması sonucu meydana gelen elektromanyetik radyasyondur. Genelde bir elektronun, atom çekirdeği tarafından saptırılmasıyla oluşur. Hareket eden parçacığın kinetik enerjisi azalarak radyasyona dönüşmesiyle enerjinin korunumu yasasına uygun bir durum ortaya çıkar. Almancada "frenleme" anlamına gelen bremsen ile "radyasyon" anlamına gelen strahlung kelimelerinin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.