صفحة 270 - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

The Synchrotron

يمكن أن يصنع المسارع ليكون أصغر باستخدام المجال المغناطيسي لثني مسار الجسيمات في مسار دائري. في جهاز السنكتروتر تفصل مناطق الثني المغناطيسي بمناطق تسارع، كما في الشكل 11-9. في المناطق المستقيمة يسرع الجهد المتناوب العالي التردد الجسيمات، في المجال المغناطيسي وطول المسار يتم اختيارها؛ بحيث تصل الجسيمات إلى موقع أجهزة السنكتروتر الضخمة التي تعمل الآن موجودة في مختبر مسارع فيرمي الوطني في شيكاغو، الموضح في الشكل 11-9 حيث تصل طاقة البروتونات فيه إلى 1 TeV (10^12 eV). ينتقل شعاع البروتون وشعاع ضديد البروتون في اتجاهات متعاكسة، فتتصادم الأشعة في مناطق تفاعلات متعددة، وتدرس النتائج. يبين الشكل 11-9 منظرا خارجيًا لمسارع المنظمة الأوربية للأبحاث النووية (سيرن CERN) وهو أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم أما باقي المسارع فهو موجود تحت الأرض وفي هذا المسارع أجريت تجربة تصادم البروتونات التي نتج عنها ضديد البروتون.

Particle Detectors

لا بد من الكشف عن نواتج التصادم؛ أي أنها تحتاج إلى التفاعل مع مادة بطريقة معينة بحيث نستطيع الإحساس بها، بحواسنا الإنسانية المحدودة نسبيًا. فبذلك، توقف جسيم α، رغم عدم إحساسك بأن الجسيم قد ارتبط بها، وفي اللحظة التي تقرأ فيها هذه العبارة، تعبر بلايين النيوترينوات الشمسية خلال جسيمك دون أن تشعر بها. لذلك ابتكر العلماء في القرن الماضي أدوات لكشف وتمييز نواتج التفاعلات النووية. درست أن عينات اليورانيوم كونت طبقة ضبابية على الصفائح الفوتوغرافية؛ فعندما اصطدمت جسيمات α أو جسيمات β أو أشعة جاما بالصفحة الفوتوغرافية أصبح لونها داكنًا. لذلك يمكن استخدام تلك الصفائح للكشف عن الإشعاع. تستخدم الأجهزة عديدة للكشف عن الجسيمات المشحونة وأشعة جاما. ومعظم هذه الأجهزة تعمل على حقيقة أن تصادم الذرات مع جسيمات ذات سرعة عالية تحرر إلكترونات من الذرات، أي أن الجسيمات العالية السرعة تؤين المادة التي تمر بها. بالإضافة إلى ذلك تتألق (تلمع) بعض المواد، أو تبعث فوتونات عند تعرضها للإشعاع. وهكذا فإن المواد الفلورية يمكن أن تستخدم أيضًا للكشف عن الإشعاع. وإليك الطرائق الثلاث للكشف عن الإشعاع في الشكل 12-9.

الشكل 11-9 سنكتروترون مختبر فيرمي نصف قطره 2 km (a). السنكتروترون عبارة عن مسارع دائري تستخدم فيه الفائط لضبط المسار وتسارع الجسيمات (b) مسارع سيرن في أوروبا وهو أكبر مسارع في العالم (C).

الشكل 12-9 يمكن الكشف عن الجسيمات عندما تتفاعل مع المادة، أو تتعرض لفليم كاشف، أو تسخن المادة، أو تسبب انبعاث فوتونات من المادة.

The Synchrotron يمكن أن يصنع المسارع ليكون أصغر باستخدام المجال المغناطيسي لثني مسار الجسيمات في مسار دائري. في جهاز السنكتروتر تفصل مناطق الثني المغناطيسي بمناطق تسارع، كما في الشكل 11-9. في المناطق المستقيمة يسرع الجهد المتناوب العالي التردد الجسيمات، في المجال المغناطيسي وطول المسار يتم اختيارها؛ بحيث تصل الجسيمات إلى موقع أجهزة السنكتروتر الضخمة التي تعمل الآن موجودة في مختبر مسارع فيرمي الوطني في شيكاغو، الموضح في الشكل 11-9 حيث تصل طاقة البروتونات فيه إلى 1 TeV (10^12 eV). ينتقل شعاع البروتون وشعاع ضديد البروتون في اتجاهات متعاكسة، فتتصادم الأشعة في مناطق تفاعلات متعددة، وتدرس النتائج. يبين الشكل 11-9 منظرا خارجيًا لمسارع المنظمة الأوربية للأبحاث النووية (سيرن CERN) وهو أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم أما باقي المسارع فهو موجود تحت الأرض وفي هذا المسارع أجريت تجربة تصادم البروتونات التي نتج عنها ضديد البروتون. Particle Detectors لا بد من الكشف عن نواتج التصادم؛ أي أنها تحتاج إلى التفاعل مع مادة بطريقة معينة بحيث نستطيع الإحساس بها، بحواسنا الإنسانية المحدودة نسبيًا. فبذلك، توقف جسيم α، رغم عدم إحساسك بأن الجسيم قد ارتبط بها، وفي اللحظة التي تقرأ فيها هذه العبارة، تعبر بلايين النيوترينوات الشمسية خلال جسيمك دون أن تشعر بها. لذلك ابتكر العلماء في القرن الماضي أدوات لكشف وتمييز نواتج التفاعلات النووية. درست أن عينات اليورانيوم كونت طبقة ضبابية على الصفائح الفوتوغرافية؛ فعندما اصطدمت جسيمات α أو جسيمات β أو أشعة جاما بالصفحة الفوتوغرافية أصبح لونها داكنًا. لذلك يمكن استخدام تلك الصفائح للكشف عن الإشعاع. تستخدم الأجهزة عديدة للكشف عن الجسيمات المشحونة وأشعة جاما. ومعظم هذه الأجهزة تعمل على حقيقة أن تصادم الذرات مع جسيمات ذات سرعة عالية تحرر إلكترونات من الذرات، أي أن الجسيمات العالية السرعة تؤين المادة التي تمر بها. بالإضافة إلى ذلك تتألق (تلمع) بعض المواد، أو تبعث فوتونات عند تعرضها للإشعاع. وهكذا فإن المواد الفلورية يمكن أن تستخدم أيضًا للكشف عن الإشعاع. وإليك الطرائق الثلاث للكشف عن الإشعاع في الشكل 12-9. الشكل 11-9 سنكتروترون مختبر فيرمي نصف قطره 2 km (a). السنكتروترون عبارة عن مسارع دائري تستخدم فيه الفائط لضبط المسار وتسارع الجسيمات (b) مسارع سيرن في أوروبا وهو أكبر مسارع في العالم (C). الشكل 12-9 يمكن الكشف عن الجسيمات عندما تتفاعل مع المادة، أو تتعرض لفليم كاشف، أو تسخن المادة، أو تسبب انبعاث فوتونات من المادة. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: سنكتروترون مختبر فيرمي نصف قطره 2 km (a). السنكتروترون عبارة عن مسارع دائري تستخدم فيه الفائط لضبط المسار وتسارع الجسيمات (b) مسارع سيرن في أوروبا وهو أكبر مسارع في العالم (C). Description: Diagram shows a circular accelerator (a) with labels for 'محقن' (injector), 'أنبوب' (beam pipe), 'مناطق التسارع' (acceleration regions), 'مجال مغناطيسي' (magnetic field), and 'إلى الهدف' (to target). It also shows an aerial view of the CERN accelerator (b) and a satellite image of the Fermilab accelerator (c). Context: Illustrates the structure and scale of synchrotron accelerators used in particle physics. **DIAGRAM**: يمكن الكشف عن الجسيمات عندما تتفاعل مع المادة، أو تتعرض لفليم كاشف، أو تسخن المادة، أو تسبب انبعاث فوتونات من المادة. Description: Diagram shows three methods of particle detection: 1. A source of particles emitting alpha (α) particles, beta (β) particles, and gamma (γ) rays, interacting with a photographic plate. 2. A particle (labeled 'تأين') causing ionization. 3. A particle emitting photons (labeled 'تألق فوتون') when interacting with a material. Context: Explains different ways particles can be detected, including ionization, photographic plates, and scintillation.