معجلات التبئير المتناوب الانحدار

يمكن - من الناحية النظرية - تصمم معجلات تقوم بتعجيل البروتونات والإلكترونات إلى طاقات عالية جداً. ولكن تكاليف بناء هذه المعجلات ستزداد بازدياد الطاقة. ومن ثم يصبح إنشاء أمثال هذه المعجلات عملية غير اقتصادية. كما وأنه عند طاقات عالية جداً يصبح نصف قطر المسار هائلاً بحيث يصبح بناء مغناطيس ضخم غير عملي بالمرة.

ومن ثم تم استحداث مبدأ جديد لتسارع الجسيمات وهو مبدأ التبنير المتناوب الانحدار Principle of Alternating - Gradiend (AG) Focusingالذي يماثل التبئير المستخدم في المعجلات التوافقية. يعتمد هذا المبدأ على تقسيم حلقة المغناطيس إلى عدة قطاعات يقوم أحدهما بالتبئير Focusing بينما يقوم القطاع المجاور له بعملية اللاتبئير Defocusing وذلك كما في الشكل (1).

في الشكل (1 ، ب - 1) نجد أن المجال يتزايد كلما اتجهنا نحو مركز الحلقة ومن ثم ينتج بنير للجسيمات الموجبة الشحنة والتي تتحرك عمودياً داخل الكتاب حيث تنتج قوة مغناطيسية محصلة تعمل على تحرك الجسيمات نحو المركز (عملية التبئير). بينما نجد في الشكل (1. ب-2) أن المجال يتناقص كلما اتجهنا نحو مركز الحلقة ومن ثم ينتج لا تبئير للجسيمات كما يبين ذلك اتجاه الأسهم القصيرة. لاحظ هنا أن محصلة القوة تعمل على تحرك الجسيمات أيضاً نحو المركز. ويمكن مقارنة هذا التأثير بمنظومة عدسات ضوئية كالمبينة بالشكل (2).

عند سقوط شعاع ضوئي على العدسة المجموعة (الموجبة التبئير) فإنه يتحرك نحو المحور فإذا سقط على العدسة المفرقة (السالبة التبئير أو اللاتبئير)

الشكل (1)

الشكل (2)

فإنه يتحرك ايضاً نحو المحور. ومن ثم ينتج تأثير كلي موجب أو تبنير للشعاع. وبالمثل إذا سقط شعاع في عكس اتجاه الشعاع السابق فإنه يسقط على العدسة المفرقة ومن ثم يتحرك بعيداً عن المحور، وعند سقوطه على العدسة اللامة فإنها تعيده ثانية نحو المحور، ومن ثم ينتج تأثير كلي هو تبئير للشعاع. وهذا ما يحدث في حالة تقنية الانحدار المتتالي. إذ ينتج تبئير كلي قوي لشعاع الجسيمات المتحركة في مثل هذا المجال. وينتج عن هذا التبئير تذبذب الجسيمات بسعة صغيرة جداً حول مدار الاستقرار ومن ثم ينتج عن ذلك اختزال ضخم لحجم المغناطيسيات وحجرات التفريغ مما يؤدي إلى إمكانية بناء معجلات ذات حجم معقول للحصول على طاقات عالية جداً.

إن أقوى المعجلات العروفة الآن تعمل وفق المبدأ السابق سواء لتعجيل البروتونات أو الإلكترونات. إن أول معجل بني عام 1959 في سيرن لتعجيل بروتونات طاقتها 50 م.أ. ف. إلى 28 ج. أ. ف. كما بنى آخر عام 1960 في بروكهافن لتعجيل البروتونات إلى 30 ج. أ. ف. نبين هذا العمل في الشكل (3). حيث يتم تعجيل البروتونات مبدئياً إلى طاقة تساوي 50 م. أ. ف باستخدام كل من معجل كوكروفت والتون ومعجل خطي (LINAC) عدد أنابيب التدفق به 124 أنبوبة. ثم تحقن هذه إلى سينكروترون الانحدار المتردد المبين بالشكل. بلغ اتساع أنبوب التفريغ هنا 7 بوصات وارتفاعه 2.75 بوصة (قارن هذه الأبعاد مع أبعاد الكوزموترون حيث بلغ الاتساع 36 بوصة والارتفاع 7 بوصات). وبلغ التفريغ هنا  mmHg  ^5-10 بينما ضم المغناطيس 240 وحدة زنة كلمنها 60 طناً.

في الواقع يمكن الحصول على طاقات عالية جداً باستخدام تقنية تصادم الأشعة (Colliding Beams) كما في حالة مصادم ستانفورد الخطي المشار إليه آنفاً، حيث تتضاعف الطاقة إذا سمحنا لتصادم شعاعين يتحركان في اتجاهين متضادين فنحصل على طاقة تساوي مجموع طاقتيهما.

الشكل (3)