PARÇACIK HIZLANDIRICILARIN TARİHÇESİ Hazırlayan: Burak KARAHİSAR CERN-TTP 7 Istanbul / Kadiköy Ciftehavuzlar Ortaokulu

Bir soru ile başlayalım Hızlandırıcılar dünya çapında oldukça yaygındır. Çok farklı türleriyle karşımıza çıkabilirler… metreler boyutundan onlarca kilometrelere binlerce dolardan milyonlarca dolara kadar…

Bir hızlandırıcı inşa etmek genellikle yıllarca uzun bir zaman ve genellikle onu inşa etmek ve işletmek için çok büyük bir uzman ekip gerektirir. Sadece ABD, yeni hızlandırıcı tesisleri inşa etmek ve mevcut olanları çalıştırmak için yıllık vergilerinden neredeyse bir milyar dolar harcıyor ve Ar-Ge'si için birkaç yüz milyon dolar harcıyor.

NEDEN BÖYLE BİR ÇABA HARCIYORUZ

BU SORUNUN BİRDEN FAZLA YANITI OLDUĞUNU BİLİYORUZ

Çünkü hızlandırıcılar, görülmemiş bir doğruluk ve çözünürlük ile doğayı ölçen ve doğanın tanınmasına olanak veren müthiş araçlardır.

Hızlandırıcılar, başka hiçbir aracın ulaşamayacağı enerjileri, basınçları, zaman ve mekansal verileri sağlayabilirler.

Bu nedenle hızlandırıcılar aşağıdaki çeşitli gelişmeleri sağlamıştır. Temel parçacık fiziğinin gelişimi Kozmoloji Medikal cihazlar ve uygulamalar (sterilizasyon, röntgen, MR…) Endüstriyel teknolojiler ve gelişim Ulusal, bölgesel ve yerel güvenlik sistemleri, ve daha niceleri…

Muhtemelen hızlandırıcı fikrini ortaya atan ya da ilk denemeleri yapan bilim insanları bu gelişmelerin olabileceğini tahmin bile edememişlerdir. Tıpkı bizlerin gelecekte hızlandırıcıların bizleri hangi noktalara getirebileceklerini tahmin edemediğimiz gibi. Şimdi gelin ve çok kısa bir şekilde tarihsel olarak hızlandırıcıların gelişim sürecine bakalım

Aslında parçacık fiziği araştırmaları hızlandırıcı gelişiminin arkasındaki itici güç olmuştur ve yüksek enerji fiziğinin doğum yeri olarak da düşünmek çok doğaldır. Parçacık hızlandırıcısı planlı bir gelişmeydi ve atomun ilk kontrollü parçalanmasını gerçekleştirme hedefini başardı. Yirmili yaşlarının başında Ernest Rutherford bu ihtiyacı fark etmişti, ancak o zaman mevcut olan elektrostatik makineler gerekli gerilime erişmekten çok uzaktı ve birkaç yıl boyunca ilerleme olmadı. Durum 1928'de aniden değişti; Gurney ve Gamov bağımsız olarak tünel açmayı öngörürken, 500 keV'lik bir enerjinin atomu bölmek için yeterli olduğu anlaşıldı. Bu Rutherford için teknolojik olarak mümkün görünüyordu ve hemen Cockcroft ve Walton'a 500 kV parçacık hızlandırıcısı tasarlamaya başlamalarını önerdi. Dört yıl sonra 1932'de lityum atomu 400 keV protonlarla böldüler. Bu, insan tarafından kontrol edilen, atomun bölünmüş ilk atılmasıydı, 1951'de Nobel ödülünü kazandı.

Oxford'da bir akademisyen olan Van de Graaff yaklaşık aynı zamanda nükleer fizik araştırması için elektrostatik bir jeneratör icat etti ve daha sonra Princeton'da 1.5 MV potansiyeline ulaşan ilk makinesini kurdu. Hızlanma tüpünü geliştirmek biraz zaman aldı ve bu makine 1932'de atom parçalandıktan sonra fizik araştırması için kullanılmadı. Van de Graaff jeneratörünün sonraki sürümlerinde iki yeni özellik ortaya çıktı. İlk olarak, kıvılcım eşiği, elektrot sistemi ve hızlandırıcı tüpün, kuru nitrojen veya Freon içeren, 9-10 atmosferdeki, tipik olarak 10 MV'a kadar çalışmayı sağlayan yüksek basınçlı bir tanka konmasıyla yükseltildi. İkincisi, Tandem hızlandırıcı özel adı olan daha sonraki bir gelişmeydi.

Hızlandırıcı keşfi böyle başladı ve parçacıkların ivmelenmesi gibi hızlandırıcıların gelişimi de yoğun çalışmalarla ivmeli olarak ilerledi.

1931 Rolf Wideröe'nin ilk fikri, elektron demeti transformatörü (daha sonra da betatron haline gelecektir) denen bir şeydi ve danışmanı tarafından reddedildi. Çalışmalarına bazı fikirlerini hedefinden uzaklaşmadan ve başka bilim insanlarının araştırmalarından da çıkarımlar yaparak devam etti ve LINAC (ilk doğrusal hızlandırıcı), CYCLOTRON VE BETATRON’un (dairesel hızlandırıcı) hayata geçirilmesine katkı sağladı.

1932-1940 Wideröe ve Ising'den ilham alan Lawrence, siklotronu algılar ve geliştirir.

1940 BETATRON D. W. Kerst Illinois Üniversitesi'nde ilk başarılı Betatron'u kurdu ve 2.3 MeV elektron üretti ve 1 gram radyuma eşdeğer bir X-ışını çıkışı elde etti.

Bu tarihten sonra gelişmeler hız kazandı ve aşağıdaki tarihsel sıra ile ilerledi. 1947 – Elektron sinkrotronu 1947 – Sinkosiklotron 1952 – Proton sinkrotron 1953 – Sinkrotron geliştirildi 1946-1954 – Proton ve elektron doğrusal hızlandırıcısı 1960 - The Storage Ring Collider 1962 -  SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) kuruldu 1969 – CERN Çarpıştırıcı dönemine giriş yapıyor. 1970 - Almanya çarpıştırıcı dönemine giriyor 1981 – İlk proton-antiproton çarpıştırıcısı hayata geçiyor (CERN-FNAL) 1981 – CERN elektron pozitron çarpıştırıcısına (LEP) geçiyor 1983 – Illionis, (the big collider) Tevatron’u inşa ediyor 1993 – Teksas SSC (Superiletken Süper Çarpıştırıcı) 2000 – Ağır iyon çarpıştırıcıları : RHIC ve LHC…

Şu anda CERN başta olmak üzere, Dünya’nın dört bir yanında daha modern hızlandırıcılar geliştiriliyor. Yapılan çalışmalar büyük maddi olanaklar gerektiriyor ve uzun zaman alıyor. Buna rağmen parçacık hızlandırıcılar evrenin gerçek doğasını anlamak için çok önemli bir silah olduğundan gelişmiş ülkeler bu konu üzerinde hassas bir biçimde durmaktadır. Beklentimiz bu çalışmaların benzerlerini ya da daha iyilerini gerçekleştirebilecek alt yapının sağlanmasıdır.

KAYNAKÇA: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Livingston_plot_hu.svg http://www.bt.pa.msu.edu/pub/papers/steeremsc/steeremsc.pdf http://www.accelerators-for-society.org/about- accelerators/timeliner/timeline.php http://timeline.web.cern.ch/timelines/CERN-accelerators https://indico.cern.ch/event/24407/attachments/416742/578854/clic.pdf http://www.afhalifax.ca/magazine/wp- content/sciences/lhc/HistoireDesAccelerateurs/histoire1.pdf http://uspas.fnal.gov/materials/11ODU/Lecture1a_Intro_to_Accelerators.pd f https://www.miklu.fi/Tiedekoulu/TASS/Student_papers_files/Particle_Acceler ators_Student_Paper.pdf https://www.cockcroft.ac.uk/events/ffag11/FFAG_talks/11/1.Poole.pdf

Zaman ayırdığınız için çok teşekkürler. Hazırlayan: Burak KARAHİSAR CERN-TTP 7 Istanbul / Kadiköy Ciftehavuzlar Ortaokulu