hızlandırıcıların gelişimi
advertisement
HIZLANDIRICILARIN GELİŞİMİ 1.1 1890-1940 YILLARI ARASI On dokuzuncu yüzyıl başında fizikçiler Crookes tüpleri ve içinde elektrot bulunan boşaltılmış cam sistemlerle deneyler yaptılar. Bu elektrotlar arasında yeteri derecede büyük gerilim uygulandığında elektronlar bir akım meydana getirir. J.J Thomson 1890’da elektronu keşfi sırasında bir Crookes tüpü kullandı. Röntgen “X” ışınlarını 1896’da bir Crookes tüpü kullanarak keşfetti. Daha sonra “X” ışınları tüpü Coolidge tarafından kullanılan pratik bir alet haline getirildi. Rutherford 1920’deki bir konferansta nükleer fizik araştırmalarında kullanılması için parçacık hızlandırıcılarının geliştirilmesini önerdi. Atom çekirdeğinin anlaşılmasında daha ileri gelişmeler için çok daha yüksek enerjili parçacıklara ihtiyaç olduğunu işaret etti. Takip eden 10 yıl boyunca yüksek voltaj ve çevrimsel hızlandırıcıların her ikisi de kurulmuştu. Yüksek voltaj üretiminde birçok değişik metodlar geliştirildi. Fakat yüksek voltajda kıvılcım saçmayacak bir hızlandırıcı tüpün sağlanmasında daima büyük zorluklar olmuştur. Cockcroft ve Walton, Rutherford’un Cavendish laboratuvarlarında başarılı bir hızlandırıcı tüp geliştirdiler. Mevcut bir voltaj katlayıcı devreyi kullandılar ve 1932’de ilk nükleer fizik deneyini yapmak için kullandıkları 300 keV’lik proton hızlandırıcısını geliştirdiler. Ising ilk çevrimsel hızlandırıcıyı 1925’te sürüklenme tüplü lineer hızlandırıcı olarak önerdi. Wideroe bu düşünceyi genişletti ve 1928’de çalışan bir lineer hızlandırıcı inşa etti. Civa iyonlarını radyo frekans (RF) voltajı ile hızlandırdı. Belki de Wideroe’nin çalışmalarının en önemli sonucu Lawrence’nin siklotronu düşünmesi için uyarmasıdır. Lawrence ve Livingston 1932’de ilk çalışan siklotronu inşa ettiler ve siklotronların ilk başarıları 1930’larda Lawrence’in laboratuvarlarında gözlendi. Lawrence’nin siklotronları ve Van de Graaff tarafından 1931’de düşünülen ve geliştirilen elektrostatik jeneratörler 1930’lar boyunca nükleer fizik araştırmalarında kullanıldı. Her ikisi de 15 MeV veya daha küçük enerjilere sınırlandırılmışlardır ve bu limitlerden daha ileri enerjilere ulaşmaları 1930’lar boyunca yapılan araştırmaların başlıca konusu olmuştur. Demetler lineer hızlandırıcılarda hareketli dalga olarak düşünüldü ve geliştirildi. Fakat radyo frekans güç kaynakları kullanışlı hızlandırıcılar yapmak için henüz uygun hale getirilememişti. Thomas 1938’de AVF siklotronunu önerdi fakat pratikte hemen uygulanamadı. 1.2 1940- 1970 YILLARI ARASI Kerst ilk başarılı betatronu 1941’de inşa etti ve ikinci bir 20MeV’lik betatronu ikinci Dünya Savaşı araya girmeden önce kurdu. Bu model büyük kalıpların özellikle askeri tankların X ışınları ile testinde kullanmak için büyük mıknatıslar içeriyordu. Enerjide bir sonraki büyük adım Rusya’da Veksler ve Amerika’da Mc Millan birbirinden bağımsız olarak sinkrotronu mümkün hale getirmek ve rölativite etkilerini yenmek için bir siklotrondaki hızlandırıcı voltajın frekans modülasyonuna izin veren faz dengesi prensibini düşündüklerinde başladı. 1946’da ilk sinkro-siklotron çalıştırıldı ve birkaç sene içerisinde belli bir sayıda 300 Mev’lik elektron sinkrotronları işleme sokuldu. Bu hızlandırıcılarla yapılan çalışmalar “” mezonunun özelliklerini öğrenmede oldukça önemli yer tuttu. İkinci Dünya Savaşı radar çalışmalarını ve yüksek frekans güç kaynaklarının gelişmesini uyarmıştır ve bunlar lineer hızlandırıcılarında kullanılmıştır. Yaklaşık 3 GHz frekanstaki ilerleyen dalga elektron lineer hızlandırıcıları Hansen, Ginzton ve Panofsky tarafından geliştirilmiştir ve onların işbirliği seneler sonrası 50 GeV’lik Stanford Lineer Hızlandırıcısının kurulmasına öncülük etmiştir. Alvarez ağır parçacıklar için olan sürüklenme tüplü hızlandırıcı kabulünü genişletmiş ve fizik, kimya araştırmaları ile sinkrotronlar için pompalayıcı olarak kullanılan ilk sürükleme tüplü hızlandırıcıları inşa etmiştir. Çalışmalar 1940’ların sonlarında proton siklotronları inşa etmek için yeniden başladı. İlk proton siklotronu olan New York Brookhaven’deki 3GeV’lik Cosmotron çalışmaya 1952’de ve California Berkeley’deki 6 GeV ’lik Betatron çalışmaya 1954’de başlamıştır. İlgiçekici bir durum 1GeV’lik bir proton siklotronunun 1943’de faz kararlılığı prensibinden bağımsız olarak düşünülmesi ve İngiltere Birimingham’da inşa edilmesidir. Proton siklotronları ağır mezonların “anti-protonlar ve kozmik ışın deneylerinde gözlenen acayip parçacıklar” araştırılmasında kullanılmıştır. Spekülatif tartışmalar 1952’de Courant, Livingston ve Snyder tarafından tartışılan güçlü odaklama prensibinin kabulü ile yüksek hızlandırıcı enerjisine doğru bir artışı amaçlamıştır. Daha sonra Christofilos’un 1950’de bağımsız olarak bu prensibi geliştirildiği gözlendi. Kuvvetli veya değişken gradyentli odaklama parçacıkların daha küçük bir ideal yörünge civarında osilasyonunu sağlar ve daha ekonomik mıknatıslarla daha sık hale getirir. Kuvvetli odaklamanın bulunması parçacık hızlandırıcılarında bir teknik fikir ve bilgi patlamasına neden olmuştur. 1953’de Kitigaki ve White birbirinden bağımsız olarak daha yüksek kılavuz alanları ve daha ekonomik düzenlemeleri mümkün hale getiren ayrık fonksiyonlu kuvvetli odaklama sinkrotronu düşünmüşlerdir. 1958’de Collins pompalama, hızlandırma, tarama ve çıkarma işlemleri için kullanılan ekipmanlara yeterli boşluk sağlayan ekonomik tasarımları mümkün kılan uzun düz bölmeleri düşünmüştür. Proton siklotronlarıyla daha yüksek enerjilere ulaşmak mümkün olsa da kuvvetli odaklama prensibi diğer bir çok yeni düşüncelere bir hız kazandırmıştır. Lineer hızlandırıcılar performans açısından ilk defa Blewett tarafından düşünülen yörünge boyunca kuvvetli odaklamanın eklenmesiyle büyük bir gelişme göstermiştir. AVF prensibi aralarında Kolomensky, Ohkawa, Snyder ve Symon’un bulunduğu birçok kişi tarafından yeniden keşfedilmiştir. 1954 senesinde Kerst tarafından spiral sektör odaklamasına genişletilmiştir. Kerst daha sonra başarıyla hızlandırılan demetlerin AVF tasarımının değişik bir çeşidi olan sabit alan değişken gradyent hızlandırıcısı (FFAG)’ndaki dairesel yörüngelerde hızlandırılabileceğini öne sürdü. Yoğun demetler daha sonra çarpıştırma deneylerinde kullanıldılar. Patenti 1943’de Wideroe tarafından alınmıştır. Demet yığılması kullanışlı oranlarda çarpışmalarının başarılması için esastır. Kısaca bundan daha sonra belli sayıda kişiler (Newton, Lichtenberg, Ross ve bunlardan bağımsız olarak O’Neill) hızlandırıcıdan ayrı olarak bir depolama halkasının oluşturulmasını önerdi. Depolama halkası FFAG hızlandırıcısından daha iyi bir demet çarpıştırma sistemi oldu. Çünkü daha az masraflı ve dedektörler için serbest alan sağlanması mümkün olmaktaydı. Bu fikirlerin deneysel uygulanması fazla gecikmemiştir. İlk kuvvetli odaklama elektron sinklotronu Wilson ve ortakları tarafından 1954’te çalıştırılmıştır. Bunu bir çok elektron siklotronu izlemiştir. FFAG prensibi ve demet yığılımı Kerst ve ortakları tarafından 1950’lerde yayınlanmıştır. İlerleyen dalgalı elektron lineer hızlandırıcıları aynı zamanda 1GeV’lik enerji oranına ulaştılar ve elektron proton saçılması üzerine proton yapısını aydınlatan bir dizi önemli deneyler yapılmıştır. İlk elektron depolama halkaları 1960’ların ilk yıllarında kurulmuş ve çalıştırılmıştır. 28 ve 33 GeV’lik iki büyük proton sinkrotronu sırasıyla CERN ve Brookhaven laboratuarlarında inşa edilmiştir. Yeni parçacıkların keşfi, bunların anlaşılması ve bunların üzerinde yapılan fiziksel düzenlemelerin başlamasıyla bu hızlandırıcılar yüksek enerji parçacık fiziğindeki büyük gelişmelerin meydana geldiği kuruluşlar olmuşlardır. Elektron sinkrotronları ve özellikle 1966’da 20 GeV’e ulaşan Stanford lineer hızlandırıcısı bu anlayışla inşa edilmişlerdir. 1960’ların sonlarında ilk büyük proton depolama halkası olan ISR CERN’ de kuruldu. Her biri 28 GeV olan proton demetlerini depolandı. 1500 GeV’lik enerjinin üstündeki sabit hedefli bir hızlandırıcıya denkti. Kuvvetli odaklamalı sinkrotronlarda ikinci nesilde 1960’ ların sonlarında inşa edilmeye başlandı. Bunlar daha etkili ayrık fonksiyonlu mıknatıs sistemi ile uzun ve düzgün kısımları birleştirdi. 400 GeV’e ulaşan bir proton sinkrotronu Illinois’ teki yeni FERMILAB’da 1972’de tamamlandı. Daha sonra benzer bir sinkrotron CERN’ de inşa edilmiştir. Bu çalışmalar yeni demet ayırma metotlarını birleştirdi ve her biri aynı anda birçok hedefe ve bir düzine kadar büyük deneye demet sağlayabildi. Bu çalışmalar renk-dinamiğin ve elektro-zayıf teorinin gelişmesine ve doğanın işleyişindeki temelleri anlamamıza büyük katkılar sağlamıştır. . 1.3 1970-2000 YILLARI ARASI Önemli deneysel kanıt, ikinci demet olarak pozitronların kullanıldığını ve ilk olarak 1972’ de Stanford’ ta kurulan her bir demetin 3 GeV’e ulaştığı elektron depolama halkaları ile sağlanmıştır. Elektron-pozitron depolama halkaları şu anda 30 GeV’e ulaşmıştır. Proton sinkrotronlarında olduğu gibi elektron-pozitron depolama halkaları hızla geliştirilmiştir. Sinkrotron ışımasından kayıp enerjiyi tekrar yerine koymak için yapılan radyo frekans sistemleri elektron depolama halkalarında kullanılmaya başlamıştır. Sinkrotron ışımalarından kaynaklanan kayıp enerjiyi tekrar yerine koymak için yapılan radyo frekans sistemleri elektron depolama halkalarının düzenlenmesi ve fiyatında önemli bir faktördür. Fakat aynı zamanda sinkrotron ışınımı çarpışan demet etkileşim oranını artırmada ve demet boyunu küçültmede etkili bir yol olmuştur. Gerçekte sinkrotron ışınımı atomik fizikte ve malzeme bilimi araştırmalarındaki kullanımında değerli bir deneysel araç haline gelmiştir. Bu yüzden belirli sayıda tek demetli elektron halkaları bu amaç için inşa edilmiştir. İki büyük proton sinkrotronu oldukça değişik doğrultularda geliştirilmiştir. Fermilab’ta süperiletken mıknatıslar 400 GeV’lik hızlandırıcı tüneline yerleştirilmiş ve enerji 1983’de 800 GeV’e ulaşmıştır. CERN sinkrotronu Van de Moor tarafından bulunan yeni bir demet soğutma tekniğini kullanarak anti-protonları toplayarak küçük bir halkanın eklenmesiyle bir proton, anti-proton depolama halkasına dönüştürülmüştür. W ve Z parçacıklarının 1983’de keşfiyle sonuçlandırılan demet çarpıştırma deneyleri burada gerçekleştirilmiştir. Bu parçacıklar 100 GeV’e yakın durgun enerjiye sahiptir ve 1 TeV’lik sabit hedefli proton hızlandırıcısı kullanılsa bile üretilemezler. Bu hızlandırıcıların veya depolama halkalarının görülmeye değer başarıları bir çok özelliğin geliştirilmesine izin vermiştir. İlk olarak demet başına 50 GeV ve son olarak 100GeV’ e ulaşan bir elektron-pozitron halkası (LEP) CERN’ de inşa edilmiştir ve 12 yıl süre ile deneyler yapılmıştır. Halka şekilli ilk elektron-proton çarpıştırıcısı HERA ismiyle DESYHamburg’ta inşa edilmiştir. Bir proton-antiproton halkasına dönüştürülebilen 3TeV’lik proton sinkrotronu ise Rusya’ da inşa edilmiştir. Bir tek geçişli demet çarpıştırma sistemi olan SLC Stanford’ da inşa edilmiştir. Burada iki demet lineer bir sistemde sadece bir kere çarpışmaktadır. Hızlandırıcı dairesel tasarımlı değildir. (Şekil 2.2) Elde edilen olay sayıları çok küçük demet boyutları ile (böylece yoğunluk artacaktır) ve çok yüksek tekrarlama oranlarıyla başarılabilmiştir. Demet başına 20 TeV’ lik bir proton-proton çarpıştırıcısı olan SSC’ nin Amerika’ da düzenleme çalışmaları devam etmektedir. Parçacık hızlandırıcılarının enerjilerindeki tarihi gelişim Şekil 1.1’ de verilmiştir. Burada her yeni türdeki hızlandırıcı gelişiminin bir enerji artışına neden olduğu görülmektedir. Her bir hızlandırıcı tipi ileride bir diğeriyle yer değiştirmektedir. Şekil 1.1 Livingston eğrisi 1.4 HIZLANDIRICILARIN GELECEĞİ Tarihsel gelişimde tartışıldığı gibi hızlandırıcı kapasitelerinde dikkat çekici ilerlemeler başlamıştır. Bilim, tıp ve endüstrideki uygulamalarında bu gelişmeler maksimum enerji kapasitesini 50 sene içerisinde 10 milyondan fazla bir çarpanla ve demet akım kapasitesini de aynı büyüklükteki bir çarpanla arttırmıştır. Hızlandırılan atomik parçacıkların çeşidi artmış, parçacık hızlandırma işleminin maliyeti düşürülmüştür. Bu gelişmeler bir çok amacın birleşimiyle ortaya çıkmıştır. Var olan yeni metotlara yeni hızlandırma metotlarının tasarlanarak eklenmiş ve teknolojik gelişmeler sürekli olarak devam etmiştir. Temel bilimsel araştırmalar için olan hızlandırıcılardaki gelişmeler birim demet enerjisi başına düşen maliyeti azaltmıştır. Tıpta kullanılan hızlandırıcılardaki gelişmeler hızlandırılabilen parçacıkların çeşidinin artması, demetlerin kontrolündeki kesinlik ile cihazların maliyeti ve sağlamlığı üzerine odaklanmıştır. Endüstriyel uygulamalar sürekli olarak hızlandırıcı maliyetindeki düşüş üzerine, demet akımı ve hızlandırılan parçacıkların çeşidinin artırılması üzerine ve artan taşınabilirlik ile küçültme işlemi üzerine genişletmiştir. Hızlandırıcılar konusundaki tecrübe artışına karşın gelişme oranı sabit kalmıştır. Bütün hızlandırıcı uygulamalarına karşı bu gelişmeler meydana gelirken en dramatik gelişmeler temel bilimler için kullanılan hızlandırıcılarda meydana gelmiştir. Bu alanda beklenen gelişmeler burada vurgulanmıştır. Bu gelişmeleri var olan hızlandırıcı tiplerindeki gelişmeler ile yeni ve geliştirilmiş hızlandırıcı metotları olarak sınıflandırabiliriz. Varolan metodların gelişimi metodun fiziğinin derinlemesine anlaşılmasında ve hızlandırıcıların tasarlanmasındaki ve kurulmasındaki yeni ve geliştirilmiş materyal ve tekniklerden ileri gelir. Dairesel hızlandırıcılarda ve mikrodalga linaklarda (lineer hızlandırıcı) önemli gelişmeler gözlenmektedir. 1.4.1 Dairesel Hızlandırıcılar Proton demetlerini demet başına 100 TeV veya daha fazla değerlere çıkarıp çarpıştırarak yapılacak temel parçacık fiziği araştırmaları büyük olasılıkla sinkrotron prensibi esas olarak yapılmış dairesel hızlandırıcılar olacaktır. Lineer olmayan parçacık dinamiği ve yoğun demetlerdeki problemlerin çözümü konusunda devam eden gelişmeler daha yoğun demetler hızlandırılırken daha küçük ve ekonomik mıknatıslar ile demet kanallarının kullanımını gündeme getirecektir. Şu anda kullanılması mümkün olan süper iletken malzemeler çevresi 90 km olan, malzemelerin 15T’ya kadar çalışabilecek hızlandırıcıların yapımını mümkün kılmaktadır. Böyle mıknatıslarla çevresi 190 km olan 100 TeV’lik bir hızlandırıcı mümkündür. Soğutma teknolojilerinde ve elektronik kontrollerdeki beklenen gelişmelerle, bu türden bir hızlandırıcıyı birkaç insanla şu anda var olan araştırma hızlandırıcı kompleksleriyle yaklaşık olarak aynı güçte çalıştırmak mümkün olacaktır. Temel fiziksel, biyolojik ve kimyasal araştırmalar için sinkrotron ışınımı üreten dairesel hızlandırıcılarda bu hızlandırıcıların temel fiziğinin ve uyumlu radyasyon üretim mekanizmalarının anlaşılmasıyla önemli ölçüde gelişecektir. Bu tür makinelerin gelecek nesli çevresi yaklaşık 1km, ışınım gücünü araştırma amaçları için yükseltilebilen salındırıcı ve wiggler adındaki özel magnetlerle donatılmış şekilde olacaktır. Işınımın dalga boyu dar bir bant içinde yoğunlaştırılmış ve ayarlanabilir olacaktır. Geniş bir kullanıma izin verecek şekilde akı ve parlaklığı arttırılabilecektir. 1.4.2 Mikrodalga Lineer Hızlandırıcıları Dairesel bir hızlandırıcı içerisinde hapsedilmiş elektronlar tarafından yayınlanan yoğun sinkrotron ışınımı yüzünden 100 GeV’ in üzerindeki enerjilerdeki elektronlarla yapılan temel parçacık fiziği araştırması büyük olasılıkla linaklar tarafından üretilen demetlerin çarpıştırılmasıyla gerçekleştirilecektir. Demet başına 1 TeV’ lik değerlere kadar çıkabilecek genişletilmiş akım microdalga linak teknolojisinin mümkün olabileceği şimdiden gösterebilir. Bu türden bir çarpıştırıcıda iki tane 10 km.’lik linak kullanılır. Hızlandırıcı dalga kılavuzları, demete daha iyi enerji transferi için metre başına yaklaşık 100 MeV civarında etkin hızlandırıcı alanlar sağlarken, demet ortak etkilerinin anlaşılmasıyla ve yoğun demetlerin hızlandırma işlemlerinin anlaşılması ile daha da gelişecektir. Bu tür gradyentler daha önce laboratuvarda üretilmiştir ancak şimdi bunlara getirilen önemli ekleme ile yüksek verimli güce ve birkaç yüz MW’ lık tepe pulsuna sahip mikrodalga güç kaynakları olmalıdır. “Gecikmeli bir lazer aydınlatmalı elektron demeti üzerine dayandırılmış bir mikrodalga jeneratörü” bu tür başarıların ilk işaretlerini verir. Henüz geliştirilmekte olan ilerlenmiş olmamasına rağmen süper iletken mikrodalga linakları uzun atmalar veya sürekli demetler gerektiren uygulamalardaki araştırmalarda geleceğin rolünü onaylamaktadır. Düşük enerji nükleer fizikçilerin araştırmaları için yapılan bu tür makineler şu anda çalışmaktadır ve bir orta enerji makinesi inşa edilmektedir. 1.4.3 Yeni ve Geliştirilmiş Hızlandırma Metodları Özel amaçlar için dairesel hızlandırıcılar bir çok seneden beri kullanılmıyor olmasına rağmen bütün yüklü parçacıkların eğri yörünge boyunca konu edildiği ayrık sinkrotron ışınmı bazı enerjilerde dairesel hızlandırıcıların birkaç çeşidinin yeterliliğini sınırlandırır. Böylece lineer hızlandırıcılar üzerinde önemli bir gelişme bekleyebiliriz. Bu türden cihazların hepsinde hızlandırılan parçacıklar enerjilerini elektromagnetik dalganın bazı değerlerinde kazanırlar. Kullanışlı olması için dalga parçacığın hızına çok yakın hızla hareket etmelidir. Parçacığın istenen hareket doğrultusunda önemli bir elektrik alan bileşenine sahip olmalıdır. Değişik potansiyel hızlandırıcı çeşitleri hızlandırıcı elektromagnetik dalganın yaratılma hızının kontrol edilme yöntemlerine göre ayırt edilirler. Prensipte hızlandırıcı için gerekli koşullar serbest uzayda herhangi bir materyal cinsinden uzakta, uzayda özel olarak düzenlenmiş iletken ve dielektrot düzeneklerinin yanında veya bazı materyal ortamlarda düzenlenebilir. Serbest uzayda sadece düzlem elektromagnetik alanlar mevcuttur. Bu dalgalarda elektrik ve magnetik alanlar dalga hızına diktir. Tek frekanslı bir düzlem dalga yüklü bir parçacığın sürekli hızlandırılması için yeterlidir. Değişik frekanslarda iki dalga kullanılırsa sürekli hızlandırma başarılabilir. Dalganın birisi parçacığa önemsiz derecede eğri bir yörünge sağlar. Böylece hızı ikinci dalganın hızlandırma alanına paralel bir bileşene sahip olur. Bu ters elektron lazeridir. Yörünge hafifçe büküldüğünde sinkrotron ışınımı tarafından maksimum enerjiyle sınırlandırılır. Henüz bu tür hızlandırıcılar çalıştırılmamış olmasın rağmen 300 GeV’ lik enerjilere sahip elektronların elde edilebileceği tahmin edilmektedir. Tasarlandığı şekliyle proton veya ağır parçacıklar için kullanışlı bir hızlandırıcı olmayacaktır. İletkenlerin değişik düzenlenmeleri ışık hızına yakın hızdaki boyuna elektro magnetik dalgaların desteklenmesi için tertip edilmiştir. Klasik mikro dalga linakı buna bir örnektir. Bu türden bir cihazın daha kısa dalga boylarında çalıştırılmasıyla daha yüksek hızlandırıcı alanların destekleneceğine inanılmaktadır. 1cm veya dalga az dalga boyu uzunluklarında serbest elektron hızının elektro magnetik dalga sürücü kaynağı olarak kullanılabilir ve yüksek değiştirme verimi için bir potansiyele sahip olduğuna inanılmaktadır. Lazerin düşük enerji yüksek akım demeti hızlandırılan düşük akım yüksek enerji demetine çok yakın ve paralel olabilir. Böylece çiftlenim kayıpları önemsenmez. Bu görüş iki demet hızlandırıcısı olarak isimlendirilir. Bir serbest elektron lazeri daha çok 100 MW tepe güç değerinde ve 1 cm’ de çalıştırılmıştır. Dalga tipini ve hızını kontrol etmek için iletken düzenekler kullanan bütün hızlandırıcıların maksimum hızlandırma alan kapasitesi iletken malzemeye verilen zarar ile sınırlandırılır. Bu ana limiti önlemenin mümkün bir yolu her atma için ayrı bir düzenek kullanmaktadır. Böylece zararın konumuzla ilgisi kalmaz. Sıvı damlacıkları üzerinde bir plazma meydana getirerek iletimlerinin sağlanması ile uygun bir periyodik sıranın oluşturulması olasılığı önerilmiştir. Bir magnetik dalga kaynağı olarak lazerden mümkün olabilen en büyük tepe güç değerini avantajını elde etmek için damlacıklar mikroskobik boyutta olmalıdır. Bu türden bir hızlandırıcı inşa edilmemiştir. Metre başına birkaç yüz milyon voltluk hızlandırıcı alanlar mümkün olmaktadır. Yukarıda tartışılan hızlandırıcılar harmonik güç kaynakları tarafından sürülmektedir. Geniş frekans bandına sahip iletken kontrollü hızlandırıcı ve uyarı alan dönüşümlü hızlandırıcı önerilmektedir. İki demet hızlandırıcısındaki görüşlere benzer olarak ışık hızına yakın hızda simetri eksenleri boyunca yayılan halka serilerini kapsayan yüksek akım, düşük enerji demetli bir enerji kaynağı olarak çalışır. Bu halkalar boyunca taşınan enerji bir enerji atması olarak iletken silindirin bir kenarında biriktirilir. Bu enerji atması sıkıştırıldığı için silindirin merkezine doğru yayılır. Merkezdeki elde edilen en son yüksek alan daha sonra alçak akım yüksek enerji demetini hızlandırmak için kullanılır. Hızlandırıcı alanların 200 MV/m olası beklenmektedir. Protipleri inşaat halindedir. Gaz plazma veya yüklü parçacık demetleri gibi ortamlarda elektro magnetik dalgalar boş uzayda olduğundan daha yavaş yayılır. Bunlardan birisi değişik yollarla sürekli hızlandırma işlemini başarılması için kullanılır. En ilgi çekici olan vuru-dalga hızlandırıcılarıdır. Bu alette birbirine çok yakın frekanslı iki süper pozisyonlu lazer demeti koaksiyel olarak ve hızlandırılacak olan parçacık demetinin önünde hareket ederler. İki lazer frekansının farkı tam olarak plazma frekansına eşitse lazer atmaları plazmayı bir ipteki boncuklar gibi aralarında boşluk olacak şekilde yoğun yığınlar halinde lazer atmalarının yörüngesi boyunca rezonans meydana getirecek şekilde organize eder. Bu yük yığınlarından sonra sonuçlanan elektrik alanları metre başına birkaç GV(Gigavolt) olacak kadar büyük hesaplanmıştır. Vurucu dalgaların varlığı parçacıkları hızlandırma kapasiteleri deneysel olarak anlaşıldığında yayımlanmıştır. Beklenen çok büyük alanları meydana getirmek için ihtiyaç duyulan uygun lazerlerle plazma parametreleri henüz başarılmamıştır. Hızlandırıcı gelişimindeki ilerlemeler bu çalışmaları sonuçlandıracaktır. Bu yaklaşımlardan her hangi birisi geleceğin hızlandırıcılarının önünün açılmasını sağlayacaktır. 1.4.4 Hızlandırıcıların Sayısal Dağılımı 2000 yılı itibariyle dünyadaki toplam hızlandırıcı sayısı 15000 civarındadır. bunlardan yaklaşık 110 adedi büyük çaplı ve parçacık fiziği ilgili deneylerin çalışıldığı ve hızlandırılmaya dayalı teknolojilerin geliştirildiği laboraruvarlardır. (CERN, FNAL, DESY, KEK vb. gibi) Çizelge 1.1 Dünyadaki hızlandırıcıların kategorik dağılımı KATEGORİ SAYISI İyon aşılanması ve yüzey modifikasyonu 7000 Endüstriyel amaçlar 1500 Nükleer olmayan araştırmalar 1000 Radyoterapi 5000 Tıbbi izotop üretiminde 200 Hadronterapide 20 Sinkrotron ışınımı kaynağı olarak 70 Parçacık fiziği ve nükleer fizik 110 araştırmalarında TOPLAM 1.4.5 Hızlandırıcıların Soy Ağacı 15000
