シンクロサイクロトロン（CERN）
素粒子・原子核物理学
粒子加速器
シンクロサイクロトロン
2024年のCERNシンクロサイクロトロン
一般的な特性
アクセラレータタイプシンクロサイクロトロン
ビームタイププロトン
ターゲットタイプ固定ターゲット
梁の特性
最大エネルギー600MeV
最大電流10μA
物理的特性
半径2.25メートル
位置ジュネーブ、スイス
座標北緯46°13′58.7136″ 東経6°03′9.9468″ / 北緯46.232976000° 東経6.052763000° / 46.232976000; 6.052763000
機関CERN
運行日1957年 - 1990年
後継者陽子シンクロトロンブースター

1957年に建設されたシンクロサイクロトロン（SC）は、CERN初の加速器でした。円周は15.7メートルで、CERN初の素粒子物理学および原子核物理学の実験に使用されました。SCは粒子を最大エネルギーまで加速しました。600  MeV。CERNの礎石は、初代CERN所長フェリックス・ブロッホによってシンクロサイクロトロンの敷地に置かれました。[1]シンクロサイクロトロンは33年という驚異的な長きにわたる運用期間を経て、1990年に廃止されました。現在はCERN内の展示エリアとして見学者を受け入れています。

背景

シンクロサイクロトロン（一般的な概念として）は、1945年にエドウィン・マクミランによって発明されました。これは、粒子が光速のかなりの割合に近づく際に生じる相対論的効果を補正するためのサイクロトロンの改良版です。その主な目的は、陽子や重陽子などの荷電粒子を加速することです。

この装置は、間に隙間を設けた2つのD字型中空金属電極（「ディー」と呼ばれる）で構成され、高周波（RF）交流電圧源に接続されています。これらのディー電極は、平面上の開口部が互いに向き合うように配置されています。シンクロサイロトロン内の粒子は、ディー電極間の電界によって生じる力によって、一方のディー電極からもう一方のディー電極へと加速されます。

この方法でD字型軌道間で加速された粒子は、構造物の上下に配置された2つの大型磁石によって作り出される磁場によって、曲線軌道上に閉じ込められます。装置は電界の方向を交互に変化させることで粒子を加速し続け、所定の半径に到達します。粒子はその後、抽出され、目的地へと送られます。このプロセス全体を通して、加速電圧の周波数は、 粒子が光速に近づくにつれて相対論的な質量増加を補償するために低下します。

歴史

1951年末、パリで新たな欧州 原子核研究機構に関するユネスコ会議が開催された。会議において、シンクロサイクロトロン装置は、より強力な加速器が開発されるまでの間、中エネルギー加速器の理想的な解決策として提案された。1952年5月、提案された組織の初代評議会において、コルネリス・バッカーがシンクロサイクロトロン研究グループの代表に任命された。[2] 1ヶ月後、シンクロサイクロトロン研究グループの暫定プログラムと題する報告書において、研究グループは600MeVの陽子を供給できる設計が必要であると決定した。研究グループの当初の目的は、実施すべき作業範囲を示し、必要な項目の調査および設計を行うこととされた。予備調査の後、シンクロサイクロトロン研究グループの初会合が6月中旬にコペンハーゲンで開催された。会議では、世界中の類似の装置を視察するための複数回の出張、必要な部品を製造できる適切な企業を探すための連絡、装置の基本図面の作成などが決定された。 8月にアムステルダムで行われた第2回会合の後、1952年10月1日付の進捗報告書が作成され、10月にアムステルダムで開催される予定だった欧州原子核研究評議会（ECNR ）の会合に提出された。報告書によると、グループは1年以内に作業を完了し、完全な報告書をECNRに提出することを目指していた。報告書にはSCの予備設計図が添付されており、グループの作業は「満足のいく」進捗状況にあり、協力体制も「適切」であると述べられていた。[2]

シンクロサイクロトロン（CERN）建設現場

1953年、1年間の研究、会議、報告を経て、シンクロサイクロトロンの設計が開始された。機械の建設は1954年にメイランの敷地で始まり、部品は西ヨーロッパ各地から集められた。1955年末、ヴォルフガング・ゲントナーがシンクロサイクロトロン研究グループの所長に就任し、前所長のコルネリス・バッカーはCERNの所長に就任した。[3]シンクロサイクロトロンの研究プログラムは、できるだけ早く実験を開始できるように計画され始めた。[4] SCは、ほぼ予定通りの1957年8月に最初のビームを生成する準備が整った。1957年8月16日のCERNの報道発表では、SCはこの種の加速器としては世界で3番目に大きいが、フルエネルギーで稼働し始めたと述べられた。[5] 1958年後半、シンクロサイクロトロンはパイ中間子の稀な電子 崩壊を発見し、原子核物理学に初めて重要な貢献を果たしました。この発見は、この崩壊が実際に起こることを証明し、理論家たちに大きな助けとなりました。 [6]シンクロサイクロトロンは1961年、週平均135時間稼働しました。月曜日はメンテナンスのため、毎日連続運転されていました。シンクロサイクロトロンは、陽子ジェットを毎秒54回加速し、最高速度約24万キロメートル/秒（光速の80% ）に達しました。[7]

1960年5月、同位体分離器の計画がウィーンで発表された。この同位体分離器はCERNの原子核化学グループ（NCG）によって構築され、シンクロサイクロトロンで生成される放射性核種の生成率の測定に使用された。これらの測定中に観測された高い生成率は、SCが希少同位体のオンライン生成の実験に理想的な装置であることを証明した。[8] 1963年4月、物理学者のグループが同位体分離器プロジェクトについて議論するためにCERNに集まった。1964年後半、このプロジェクトの正式な提案が提出され、CERN所長に承認された。[9]同年、シンクロサイクロトロンは原子核物理学のみに集中し始め、素粒子物理学は1959年に建造されたより強力な加速器である陽子シンクロトロンに任せた。1966年5月、シンクロサイクロトロンは大幅な改修のために閉鎖された。 7月中旬までに、SCとその関連施設の能力が向上しました。また、新しい同位体分離装置用の地下ホールにつながる外部陽子ビームライン用の新しいトンネルが建設されました。 [10] 1967年には、専用の放射性イオンビーム施設であるISOLDEへのビーム供給を開始しました。この施設は現在も、純粋原子核物理学から天体物理学、医学物理学に至るまで幅広い研究を行っています。

1969年、SCのビーム強度とビーム抽出効率の向上に向けた準備が開始されました。SCは1973年6月に改修のため停止されました。高度に改良されたSCは、1975年1月にSC2と改名され、物理研究のために再び稼働を開始しました。[11] 1990年、ISOLDEは陽子シンクロトロンブースターに移管され、SCは33年間の運用を経てついに閉鎖されました。[12]

CERNビジターポイントに転換

1990年の閉鎖以来、貯蔵施設として利用されてきたSCとその建物であるSCホールは、2012年から2013年にかけて改装され[13] 、 2013年9月に来場者向けの展示エリアとなりました。[14]展示には、CERNとシンクロサイクロトロンの誕生に関するマルチメディアショーが含まれています。プロジェクションマッピング技術を用いて、SC上で加速する粒子のシミュレーションを表示し、SCの一部を実演します。SCの物理学者であり、CERNの先駆者であるジュゼッペ・フィデカロとマリア・フィデカロ夫妻もショーに登場します。[15]シンクロサイクロトロンの稼働開始当時に使用された物品や道具も、ホール内に展示されており、来場者が見ることができます。[16]

活動

以下はSCで行われた物理学の活動のリストです。[17] [18] [19]

参考文献

  1. ^ ルビア, カルロ (1993). 「開会の辞」.物理学レポート. 225 ( 1–3 ): 12–25 . Bibcode :1993PhR...225...12R. doi :10.1016/0370-1573(93)90155-7. ISSN  0370-1573.
  2. ^ ab Synchro-Cyclotron Divisional Reports, CERN-ARCH-Series, CERN , 1952 , 2019年7月17日閲覧
  3. ^ ヘルマン, アーミン; クリーゲ, ゲルハルト・ジョン; メルシッツ, ウルリケ; ペストレ, ドミニク; ワイス, ローラ (1990). 『CERNの歴史 第2巻：研究所の建設と運営』アムステルダム: 北ホラント. p. 106. ISBN 0444882073. 2019年8月13日閲覧。
  4. ^ SCマシン実験の準備（PDF）、CERN科学政策委員会、1955年11月11日、 2019年7月18日閲覧。
  5. ^ CERNシンクロサイクロトロンがフルエネルギーで稼働（プレスリリース）（PDF）、CERN、1958年8月16日、 2019年7月19日閲覧。
  6. ^ CERN 600 MeVシンクロサイクロトロンによる重要な実験（プレスリリース）（PDF）、CERN、1958年9月11日、 2019年7月19日閲覧。
  7. ^ プレスリリース（PDF）、CERN、1962年1月25日、 2019年7月19日閲覧。
  8. ^ 「同位体分離装置の計画が発表される」CERNタイムライン. CERN . 2019年7月8日閲覧。
  9. ^ 「CERN、オンラインセパレータープロジェクトを承認」CERNタイムライン. CERN . 2019年7月9日閲覧。
  10. ^ 「シンクロサイクロトロンが停止」CERNタイムライン. CERN . 2019年7月9日閲覧。
  11. ^ 「シンクロサイクロトロン部門アーカイブ（SC）」CERN科学情報サービス。CERN 。 2019年7月30日閲覧。
  12. ^ 「サイクロサイクロトロン」. CERN . 2014年10月10日閲覧。
  13. ^ 「シンクロサイクロトロン、来場者を迎える準備」
  14. ^ 「私たちの宇宙はあなたのものでした」。2013年10月21日。
  15. ^ 「マリアとジュゼッペ：CERNの歴史と絡み合う人生」CERN . 2023年10月11日. 2023年11月2日閲覧。
  16. ^ 「シンクロサイクロトロン」. Visit CERN . CERN . 2019年7月8日閲覧。
  17. ^ “(Full Issue)”. Physics Reports . 225 ( 1–3 ): 1–191 . 1993年4月. 2019年8月8日閲覧。
  18. ^ 「CERNの先月」CERN Courier 1962年9月2日号 2 (9): 2. 2019年8月8日閲覧。
  19. ^ ヘルマン, アーミン; クリーゲ, ゲルハルト・ジョン; メルシッツ, ウルリケ; ペストレ, ドミニク; ワイス, ローラ (1990). 『CERNの歴史 第2巻：研究所の建設と運営』アムステルダム: 北ホラント. p. 330. ISBN 0444882073. 2019年8月13日閲覧。

さらに読む

  • Mersits, Ulrike (1984). CERNシンクロサイクロトロンの建設（1952-1957年）. CERNの歴史に関する研究. CERN . 2019年7月30日閲覧。
  • シンクロサイクロトロン：科学実験から公開展示まで（ビデオ）
  • 「（全号）」. Physics Reports . 225 ( 1– 3): 1– 191. 1993年4月. 2019年8月8日閲覧。
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