Acceleratore circolare per particelle cariche, quali elettroni e protoni.
Gli acceleratori sono oggi i “microscopi” utilizzati per studiare le proprietà elementari della materia, analizzando i prodotti delle collisioni fra particelle portate ad energie elevate.
Le particelle cariche vengono accelerate per mezzo di campi elettrici e, negli acceleratori circolari, vengono mantenute sulle orbite stabilite tramite campi magnetici.
Nel sincrotrone le particelle, confinate in un anello in cui c’è vuoto spinto, si muovono su un’orbita di raggio costante accelerate da campi elettrici oscillanti. La frequenza di oscillazione del campo elettrico deve essere sincronizzata in modo tale da aumentare con l’energia delle particelle, così come l’intensità del campo magnetico.
luce di sincrotrone
Le particelle cariche, muovendosi su orbite circolari a velocità relativistiche (vicine a quella della luce), perdono inevitabilmente parte della loro energia sotto forma di radiazione elettromagnetica. L’intensità della radiazione emessa è inversamente proporzionale al raggio di curvatura dell’orbita e alla quarta potenza della massa delle particelle accelerate. Quindi la radiazione (o luce) di sincrotrone è molto più importante quando si accelerano elettroni piuttosto che protoni (che hanno una massa quasi 2000 volte superiore) e diminuisce all’aumentare del raggio dell’acceleratore.
A partire dal 1950 la luce di sincrotrone ha trovato numerose applicazioni e sono stati costruiti acceleratori dedicati al suo uso. Essa viene utilizzata per lo studio delle proprietà dei materiali, ad esempio magnetici o superconduttori, per l’analisi di strutture biologiche, quali proteine e virus, o nel campo della microelettronica e micromeccanica. Le radiazioni usate in questi progetti sono soprattutto nella gamma dell’ultravioletto e dei raggi X.