シンクロトロン

シンクロトロンの図。中央にある直線の末端にあるビーム源から発生した粒子をまず小さい円で加速し、その後大きい円に導いてさらに加速し、輪から接線方向に伸びた装置で観測を行う。このシンクロトロンでは粒子を時計回りに加速する。

シンクロトロンとは、円形加速器の一種。粒子の加速にあわせて、磁場と加速電場周波数をコントロールする事によって、加速粒子の軌道半径を一定に保ちながら加速をおこなう。

特徴

2011年現在、もっとも高いエネルギーまで粒子を加速できるシンクロトロンは、CERN大型ハドロン衝突型加速器(LHC)であり、陽子を7TeVまで加速する事ができる。

一般にシンクロトロンのみで粒子を加速する事はなく、前段の加速器によって適当なエネルギーまで加速された粒子を入射した上で、さらに高いエネルギーへと加速するような形態で運用される。前段加速器としては、 線型加速器、サイクロトロン、小型のシンクロトロンなどが用いられる。

加速粒子の比電荷によって最適な設計は異なり、特に電子シンクロトロンと陽子重イオンシンクロトロンの間には大きな違いがある。よって一つの加速器で両方の用途に使用することは、加速エネルギーが大きくなるほど困難である。特にエネルギーフロンティア探索に用いられるような大規模なシンクロトロンでは、どちらか一方の専用設計とすることが通例である。

電子の場合、比較的小さな磁場でも容易に軌道を曲げる事ができるので、用いる電磁石(ベンディングマグネット)は小規模のもので間に合う一方、比較的低いエネルギーでも速度が速く、シンクロトロン放射によるエネルギー損失が大きいため常に大きな力で加速しなければ電子のエネルギーを保つ事が出来ない。一方、陽子や重イオンを加速する場合、シンクロトロン放射の影響が比較的小さく、比較的小さな加速でも粒子のエネルギーを維持できるが、粒子の軌道を曲げるためには大きな磁場を必要とし、大掛かりな超伝導電磁石などを使用する必要がある。

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