ACCELERATORE

ACCELERATORE

. Fisica. - Con questo nome potrebbero essere indicate tutte le macchine elettriche destinate alla accelerazione di ioni; nel linguaggio tecnico però si suole con esso alludere alla limitata categoria degli acceleratori lineari di ioni.

Nella sua forma più semplice, un acceleratore lineare di ioni è costituito da una serie di elettrodi cavi a forma di cilindri, allineati entro un recipiente in cui viene praticato un vuoto spinto, e isolati elettricamente tra di loro (fig. 1). Una sorgente emette degli ioni in prossimità del primo di questi elettrodi; qualora si stabilisca tra esso e la sorgente una differenza di potenziale di segno opportuno, gli ioni si muoveranno in maniera da penetrare nel suo interno. Quivi, trovandosi entro un conduttore cavo in cui il campo elettrico è nullo, essi continueranno a muoversi con velocità costante, sino ad affacciarsi all'altra estremità dell'elettrodo. In questo istante una differenza di potenziale di segno opportuno viene ad essere applicata tra il primo e il secondo elettrodo, di modo che gli ioni subiscono un secondo impulso e penetrano nell'interno del secondo elettrodo. Il processo si ripete ad ogni passaggio degli ioni da un elettrodo al successivo, in maniera che alla fine, se n è il numero complessivo degli elettrodi, essi avranno acquistato un'energia corrispondente ad n volte la differenza di potenziale applicata tra due elettrodi successivi.

Per il funzionamento di una macchina di questo genere occorre che siano verificate due circostanze. Innanzi tutto l'applicazione della differenza di potenziale tra i successivi elettrodi deve avvenire in fase con il passaggio degli ioni. Ciò si ottiene collegando tra loro in parallelo tutti gli elettrodi pari ed in parallelo tutti gli elettrodi dispari e connettendo poi ciascuna delle due serie di elettrodi a un capo di un generatore ad alta tensione alternata, di frequenza f. Allora, se i successivi elettrodi hanno delle lunghezze proporzionali alla velocità con cui essi sono attraversati dagli ioni, il tempo di transito τ in ciascuno di essi è costante; e quindi, se la condizione

è soddisfatta, il sincronismo tra il passaggio degli ioni e l'applicazione della differenza di potenziale è assicurato.

In secondo luogo il fascetto di ioni deve mantenersi compatto sia longitudinalmente sia trasversalmente; l'apparecchio deve cioè provvedere alla focalizzazione degli ioni. Questo si può ottenere in diverse maniere, di cui la più semplice consiste nel dare una forma opportuna alle estremità dei successivi elettrodi, in maniera che il campo elettrico che tra essi si stabilisce abbia sugli ioni l'effetto di una lente convergente.

Una variante notevole a questo tipo di acceleratore è stata recentemente proposta da L. W. Alvarez. Il suo progetto si fonda sull'uso di una successione di cavità elettriche risonanti su lunghezze d'onda dell'ordine del metro. Come è noto, una cavità elettrica risonante è costituita dallo spazio racchiuso entro un conduttore nel quale, mediante un generatore esterno vengono provocate oscillazioni stazionarie del campo elettromagnetico, in completa analogia con la generazione di onde sonore stazionarie entro opportune cavità sonore. Un certo numero di questi risuonatori elettrici, ciascuno con il proprio oscillatore, vengono allineati entro un tubo nel quale viene mantenuto un vuoto elevato; ad una estremità vengono iniettati degli elettroni aventi una velocità prossima a quella della luce (energia corrispondente a qualche milione di elettrone-volt), mentre contemporaneamente vengono eccitati tutti gli oscillatori. Nelle cavità si generano dei sistemi di onde elettromagnetiche che accelerano e ritardano il moto degli elettroni a seconda della fase con cui questi attraversano ogni singola cavità. Al fine di ottenere che in ogni singola sezione si verifichi una accelerazione degli elettroni, ciascun risuonatore è abbînato ad una linea coassiale che corre lungo tutta la serie. In sincronismo con la iniezione di elettroni, viene lanciato lungo tale linea un segnale, che propagandosi con la velocità della luce, viaggia di conserva con gli elettroni, e sintonizza i successivi risuonatori.

Uno schema di principio dell'apparecchio è dato nella fig. 2.

Si calcola che con un simile acceleratore della lunghezza di 450 metri sia possibile ottenere elettroni di circa 300 milioni di elettrone-volt di energia.