Кіріспе

Циклдік бөлшектерді жылдамдатушының ерекше түрі – Макмилланның патентына сәйкес синхроциклотронның суреті. Синхроциклотрон мен классикалық циклотрон арасында екі маңызды айырмашылық бар. Синхроциклотронда тек бір ди (қуыс D пішіндес металл электрод) классикалық пішінін сақтайды, ал екінші полюсі ашық (патенттік суретті қараңыз). Бұдан өзге, синхроциклотрондағы тербелісті электр өрісінің жиілігі релятивистік жылдамдықтарда циклотрон резонансын сақтау үшін тұрақты ұсталып қана қоймай, үздіксіз төмендейді. Периодты түрде өзгеретін электр потенциалының бір ұшы диге қосылады, ал екінші ұшы жерге қосылады. Жылдамдатылатын протондар немесе дейтерондар радиусы ұлғаятын шеңберлер бойымен қозғалады. Бөлшектердің үдеуі диге кіргенде немесе одан шыққанда жүзеге асады. Сыртқы жиегінен иондық сәуле электростатикалық бұрыштаушының (дефлектордың) көмегімен алынуы мүмкін. Алғашқы синхроциклотрон 195 МэВ дейтерон және 390 МэВ α бөлшектерін өндірді.

Кемшіліктер

Бұл құрылғының басты кемшілігі – тербелісті кернеу жиілігінің өзгеруі салдарынан, көзден шыққан иондардың өте шағын бөлігі ғана максималды радиус және энергияға ие, фазалық тұрақты орбиталарда ұсталады. Соның нәтижесінде шығыс сәуле тогының пайдалы коэффициенті төмен, ал орташа сәуле тогы бір сәттегі сәуле тогының аз бөлігін құрайды. Осылайша, бұл машина салыстырмалы түрде төмен қарқынмен болса да, жоғары энергиялы иондарды өндіреді. Циклотрон тұжырымдамасының келесі даму қадамы – изохрондық циклотрон, ол тұрақты радиожиілік жетегі жиілігін сақтайды және радиус бойынша магнит өрісін арттыру арқылы релятивистік эффектілерді толықтай өтейді. Изохрондық циклотрондар синхроциклотрондарға қарағанда әлдеқайда жоғары сәуле тогын өндіре алады. Осының нәтижесінде, изохрондық циклотрондар зерттеу саласында кеңінен қолданыс тапты.

Тарих

1945 жылы Эрнест Лоуренстің радиациялық зертханасында Роберт Листер Торнтон 730 МэВ циклотронының құрылысына жетекшілік етті. 1946 жылы ол циклотронды Макмилланның жаңа дизайнына өзгертуді қадағалады, нәтижесінде 195 МэВ дейтерон және 390 МэВ α бөлшектерін өндіретін алғашқы синхроциклотрон пайда болды. Бірінші синхроциклотрон жұмыс істегеннен кейін, Теңіз зерттеулер басқармасы (ONR) екі синхроциклотрон құрылысы жобасын қаржыландырды. Бірінші қаржыландыру 1946 жылы Эдвард Круц басқаратын Карнеги технология институтына 435 МэВ синхроциклотронын салу және ядролық физика зерттеу бағдарламасын бастау үшін бөлінді. Екінші жоба 1947 жылы Энрико Ферми басшылығымен Чикаго университетіне 450 МэВ синхроциклотронын салу болды. 1948 жылы Рочестер университеті 240 МэВ синхроциклотронының құрылысын аяқтады, ал 1950 жылы Колумбия университеті 380 МэВ синхроциклотронын аяқтады. 1950 жылы Карнеги технология институтының 435 МэВ синхроциклотроны жұмыс істеді, содан кейін 1951 жылы Чикаго университетінің 450 МэВ синхроциклотроны іске қосылды. 1951 жылдың желтоқсан айында Парижде өткен ЮНЕСКО отырысында жақын арада құрылатын Ядролық зерттеулер жөніндегі Еуропалық ұйымына (CERN) орташа энергиялы үдеткіш табу мәселесі талқыланды. 28 ГэВ протондық синхротроны аяқталғанға дейін олқылықты толтыру үшін синхроциклотрон шешім ретінде ұсынылды. 1952 жылы Корнелис Баккер CERN-де "Синхроциклотрон" (SC) деп аталған синхроциклотронның жобасын жасау және құрылысын жүргізетін топқа жетекшілік етті. Синхроциклотронның дизайны 1953 жылы басталды. Құрылысы 1954 жылы басталды және 1957 жылдың тамызында 600 МэВ протон үдетуге қол жеткізілді, ал тәжірибелік бағдарлама 1958 жылдың сәуірінде басталды.

Қазіргі дамуы

Синхроциклотрондар жоғары магниттік өрістерді пайдаланып, ықшам жүйелер құру мүмкіндігіне байланысты протондық терапияда қолдануға өте қолайлы. Ion Beam Applications және Mevion Medical Systems медициналық физика компаниялары ауруханаларға оңай орналасатын суперотказғыш синхроциклотрондарды әзірледі.