Մասնիկների արագացուցիչը սարք է, որը ստեղծում է էլեկտրական լիցքավորված ատոմային կամ ենթաատոմային մասնիկների ճառագայթ, որը շարժվում է լույսի մոտ արագությամբ: Նրա աշխատանքը հիմնված է էլեկտրական դաշտի միջոցով նրանց էներգիայի ավելացման և մագնիսականով հետագծի փոփոխության վրա:
Ինչի՞ համար են մասնիկների արագացուցիչները:
Այս սարքերը լայնորեն կիրառվում են գիտության և արդյունաբերության տարբեր ոլորտներում։ Այսօր դրանք ավելի քան 30 հազար են ամբողջ աշխարհում։ Ֆիզիկոսի համար մասնիկների արագացուցիչները ծառայում են որպես ատոմների կառուցվածքի, միջուկային ուժերի բնույթի և բնության մեջ չգտնվող միջուկների հատկությունների հիմնարար հետազոտության գործիք։ Վերջիններս ներառում են տրանսուրան և այլ անկայուն տարրեր։
Լիցքաթափող խողովակի օգնությամբ հնարավոր է դարձել որոշել կոնկրետ լիցքը։ Մասնիկների արագացուցիչներն օգտագործվում են նաև ռադիոիզոտոպների արտադրության, արդյունաբերական ռադիոգրաֆիայի, ճառագայթային թերապիայի, կենսաբանական նյութերի մանրէազերծման և ռադիոածխածնի արտադրության մեջ։վերլուծություն. Ամենամեծ տեղակայանքները օգտագործվում են հիմնարար փոխազդեցությունների ուսումնասիրության համար:
Լիցքավորված մասնիկների կյանքի տևողությունը արագացուցիչի նկատմամբ հանգստի վիճակում ավելի քիչ է, քան լույսի արագությանը մոտ արագությամբ արագացած մասնիկների կյանքը: Սա հաստատում է SRT ժամանակային ընդմիջումների հարաբերականությունը: Օրինակ, CERN-ում 0,9994c արագությամբ մյուոնների կյանքի ժամկետի 29 անգամ ավելացել է:
Այս հոդվածը քննարկում է, թե ինչպես է աշխատում մասնիկների արագացուցիչը, դրա զարգացումը, տարբեր տեսակներն ու տարբերակիչ առանձնահատկությունները:
Արագացման սկզբունքներ
Անկախ նրանից, թե մասնիկների որ արագացուցիչներ եք ճանաչում, դրանք բոլորն էլ ունեն ընդհանուր տարրեր: Նախ, դրանք բոլորը պետք է ունենան էլեկտրոնների աղբյուր հեռուստացույցի կինեսկոպի դեպքում, կամ էլեկտրոններ, պրոտոններ և դրանց հակամասնիկներ՝ ավելի մեծ կայանքների դեպքում: Բացի այդ, նրանք բոլորը պետք է ունենան էլեկտրական դաշտեր՝ մասնիկները արագացնելու համար, և մագնիսական դաշտեր՝ դրանց հետագիծը կառավարելու համար: Բացի այդ, վակուումը մասնիկների արագացուցիչում (10-11 մմ Hg), այսինքն՝ մնացորդային օդի նվազագույն քանակությունը, անհրաժեշտ է ճառագայթների երկար կյանք ապահովելու համար: Եվ, վերջապես, բոլոր կայանքները պետք է ունենան արագացված մասնիկները գրանցելու, հաշվելու և չափելու միջոցներ։
Սերունդ
Էլեկտրոնները և պրոտոնները, որոնք ամենից հաճախ օգտագործվում են արագացուցիչներում, հանդիպում են բոլոր նյութերում, բայց նախ անհրաժեշտ է դրանք մեկուսացնել դրանցից: Սովորաբար առաջանում են էլեկտրոններճիշտ այնպես, ինչպես կինեսկոպում` «ատրճանակ» կոչվող սարքում: Այն կաթոդ է (բացասական էլեկտրոդ) վակուումում, որը տաքացվում է մինչև այն կետը, որտեղ էլեկտրոնները սկսում են պոկվել ատոմներից։ Բացասական լիցքավորված մասնիկները ձգվում են դեպի անոդ (դրական էլեկտրոդ) և անցնում ելքի միջով։ Հրացանն ինքնին նաև ամենապարզ արագացուցիչն է, քանի որ էլեկտրոնները շարժվում են էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: Կաթոդի և անոդի միջև լարումը սովորաբար 50-150 կՎ է:
Բացի էլեկտրոններից, բոլոր նյութերը պարունակում են պրոտոններ, բայց միայն ջրածնի ատոմների միջուկները բաղկացած են մեկ պրոտոններից: Ուստի պրոտոնային արագացուցիչների համար մասնիկների աղբյուրը գազային ջրածինն է։ Այս դեպքում գազը իոնացվում է, և պրոտոնները դուրս են գալիս անցքով: Խոշոր արագացուցիչներում պրոտոնները հաճախ արտադրվում են որպես բացասական ջրածնի իոններ։ Դրանք լրացուցիչ էլեկտրոնով ատոմներ են, որոնք երկատոմային գազի իոնացման արդյունք են։ Սկզբնական փուլերում ավելի հեշտ է աշխատել բացասաբար լիցքավորված ջրածնի իոնների հետ։ Այնուհետև դրանք անցնում են բարակ փայլաթիթեղի միջով, որը նրանց զրկում է էլեկտրոններից մինչև արագացման վերջին փուլը։
Արագացում
Ինչպե՞ս են աշխատում մասնիկների արագացուցիչները: Դրանցից որևէ մեկի հիմնական հատկանիշը էլեկտրական դաշտն է։ Ամենապարզ օրինակը միատեսակ ստատիկ դաշտն է դրական և բացասական էլեկտրական պոտենցիալների միջև, որը նման է էլեկտրական մարտկոցի տերմինալների միջև եղածին: Նմանդաշտը, բացասական լիցք կրող էլեկտրոնը ենթակա է ուժի, որն ուղղում է այն դեպի դրական ներուժ: Նա արագացնում է նրան, և եթե դրան խանգարող ոչինչ չկա, նրա արագությունն ու էներգիան ավելանում են։ Էլեկտրոնները, որոնք շարժվում են դեպի դրական պոտենցիալ մետաղալարում կամ նույնիսկ օդում, բախվում են ատոմներին և կորցնում էներգիան, բայց եթե դրանք գտնվում են վակուումում, նրանք արագանում են, երբ մոտենում են անոդին:
Էլեկտրոնի սկզբնական և վերջնական դիրքի միջև լարումը որոշում է նրա կողմից ձեռք բերված էներգիան: 1 Վ պոտենցիալ տարբերությամբ շարժվելիս այն հավասար է 1 էլեկտրոն վոլտի (eV): Սա համարժեք է 1,6 × 10-19 ջոուլի: Թռչող մոծակի էներգիան տրիլիոն անգամ ավելի մեծ է։ Կինեսկոպում էլեկտրոնները արագանում են 10 կՎ-ից ավելի լարման միջոցով: Շատ արագացուցիչներ հասնում են շատ ավելի բարձր էներգիաների, որոնք չափվում են մեգա-, գիգա- և տերաէլեկտրոնվոլտներով:
Տարատեսակներ
Մասնիկների արագացուցիչների ամենավաղ տեսակները, ինչպիսիք են լարման բազմապատկիչը և Վան դե Գրաֆի գեներատորը, օգտագործում էին մշտական էլեկտրական դաշտեր, որոնք առաջանում էին մինչև միլիոն վոլտ պոտենցիալներով: Նման բարձր լարումների հետ աշխատելը հեշտ չէ։ Ավելի գործնական այլընտրանք է թույլ էլեկտրական դաշտերի կրկնվող գործողությունները, որոնք առաջանում են ցածր պոտենցիալներով: Այս սկզբունքը կիրառվում է երկու տեսակի ժամանակակից արագացուցիչներում՝ գծային և ցիկլային (հիմնականում ցիկլոտրոններում և սինքրոտրոններում)։ Գծային մասնիկների արագացուցիչները, մի խոսքով, դրանք մեկ անգամ անցնում են հաջորդականությամբարագացող դաշտեր, մինչդեռ ցիկլայինում դրանք մի քանի անգամ շարժվում են շրջանաձև ճանապարհով համեմատաբար փոքր էլեկտրական դաշտերի միջով: Երկու դեպքում էլ մասնիկների վերջնական էներգիան կախված է դաշտերի համակցված ազդեցությունից, այնպես որ շատ փոքր «ցնցումներ» գումարվում են և տալիս են մեկ մեծի համակցված ազդեցությունը։
Գծային արագացուցիչի կրկնվող կառուցվածքը էլեկտրական դաշտեր ստեղծելու համար, բնականաբար, ներառում է ոչ թե մշտական, այլ AC լարման օգտագործումը: Դրական լիցքավորված մասնիկները արագանում են դեպի բացասական ներուժը և դրականի կողքով անցնելու դեպքում նոր ազդակ են ստանում։ Գործնականում լարումը պետք է շատ արագ փոխվի: Օրինակ՝ 1 ՄէՎ էներգիայի դեպքում պրոտոնը շարժվում է շատ բարձր արագությամբ՝ լույսի 0,46 արագությամբ՝ 1,4 մ անցնելով 0,01 մվ-ում։ Սա նշանակում է, որ մի քանի մետր երկարությամբ կրկնվող օրինակով էլեկտրական դաշտերը պետք է փոխեն ուղղությունը առնվազն 100 ՄՀց հաճախականությամբ: Լիցքավորված մասնիկների գծային և ցիկլային արագացուցիչները, որպես կանոն, արագացնում են դրանք՝ օգտագործելով 100-ից 3000 ՄՀց հաճախականությամբ փոփոխական էլեկտրական դաշտեր, այսինքն՝ ռադիոալիքներից մինչև միկրոալիքներ։
Էլեկտրամագնիսական ալիքը փոփոխական էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի համակցություն է, որոնք տատանվում են միմյանց ուղղահայաց: Արագացուցիչի առանցքային կետը ալիքն այնպես կարգավորելն է, որ երբ մասնիկը հասնի, էլեկտրական դաշտն ուղղվի արագացման վեկտորին համապատասխան: Դա կարելի է անել կանգնած ալիքի միջոցով՝ փակ հանգույցով հակառակ ուղղություններով ընթացող ալիքների համակցություն:տարածություն, ինչպես ձայնային ալիքները օրգան խողովակում: Լույսի արագությանը մոտեցող շատ արագ շարժվող էլեկտրոնների այլընտրանքը շրջող ալիքն է:
Ավտոֆազավորում
Փոփոխվող էլեկտրական դաշտում արագանալիս կարևոր էֆեկտը «ավտոֆազավորումն» է։ Տատանումների մեկ ցիկլում փոփոխվող դաշտը զրոյից առավելագույն արժեքի միջով նորից անցնում է զրոյի, ընկնում է նվազագույնի և բարձրանում զրոյի: Այսպիսով, այն անցնում է երկու անգամ արագացնելու համար անհրաժեշտ արժեքի միջով: Եթե արագացնող մասնիկը շատ շուտ է հասնում, ապա դրա վրա չի ազդի բավարար ուժի դաշտը, և հրումը թույլ կլինի: Երբ նա հասնի հաջորդ բաժին, նա կուշանա և ավելի ուժեղ ազդեցություն կունենա: Արդյունքում, տեղի կունենա ավտոֆազավորում, մասնիկները կլինեն դաշտի հետ փուլ յուրաքանչյուր արագացող տարածաշրջանում: Մեկ այլ էֆեկտ կլինի դրանք ժամանակի ընթացքում խմբավորել ոչ թե շարունակական հոսքով, այլ ոչ թե շարունակական հոսքով:
Ճառագայթի ուղղություն
Մագնիսական դաշտերը նույնպես կարևոր դեր են խաղում լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչի աշխատանքի մեջ, քանի որ դրանք կարող են փոխել իրենց շարժման ուղղությունը: Սա նշանակում է, որ դրանք կարող են օգտագործվել ճառագայթները շրջանաձև ճանապարհով «ծռելու» համար, որպեսզի նրանք մի քանի անգամ անցնեն նույն արագացնող հատվածով։ Ամենապարզ դեպքում լիցքավորված մասնիկը, որը շարժվում է ուղիղ անկյան տակ միատեսակ մագնիսական դաշտի ուղղությամբ, ենթարկվում է ուժի.ուղղահայաց ինչպես իր տեղաշարժի վեկտորին, այնպես էլ դաշտին: Սա հանգեցնում է նրան, որ ճառագայթը շարժվում է դաշտին ուղղահայաց շրջանաձև հետագծով, մինչև այն լքի իր գործողության տարածքը կամ մեկ այլ ուժ կսկսի գործել դրա վրա: Այս էֆեկտն օգտագործվում է ցիկլային արագացուցիչներում, ինչպիսիք են ցիկլոտրոնը և սինքրոտրոնը: Ցիկլոտրոնում մշտական դաշտ է առաջանում մեծ մագնիսով: Մասնիկները, երբ նրանց էներգիան մեծանում է, պարույրով դուրս են գալիս՝ արագանալով յուրաքանչյուր պտույտի հետ: Սինքրոտրոնում փնջերը շարժվում են մշտական շառավղով օղակի շուրջը, և օղակի շուրջ էլեկտրամագնիսների կողմից ստեղծված դաշտը մեծանում է մասնիկների արագացմանը զուգընթաց։ «Ճկվող» մագնիսները երկբևեռներ են, որոնց հյուսիսային և հարավային բևեռները թեքված են պայտաձև այնպես, որ ճառագայթը կարողանա անցնել նրանց միջև:
Էլեկտրամագնիսների երկրորդ կարևոր գործառույթը ճառագայթների կենտրոնացումն է, որպեսզի դրանք հնարավորինս նեղ և ինտենսիվ լինեն: Կենտրոնացող մագնիսի ամենապարզ ձևը չորս բևեռներն են (երկուսը հյուսիս և երկու հարավ) միմյանց հակառակ: Նրանք մղում են մասնիկները դեպի կենտրոն մեկ ուղղությամբ, բայց թույլ են տալիս նրանց տարածվել ուղղահայաց ուղղությամբ: Քառաբևեռ մագնիսները կենտրոնացնում են ճառագայթը հորիզոնական՝ թույլ տալով, որ այն դուրս գա ֆոկուսից ուղղահայաց: Դա անելու համար դրանք պետք է օգտագործվեն զույգերով: Ավելի ճշգրիտ կենտրոնացման համար օգտագործվում են նաև ավելի բարդ մագնիսներ՝ ավելի շատ բևեռներով (6 և 8):
Քանի որ մասնիկների էներգիան մեծանում է, նրանց ուղղորդող մագնիսական դաշտի ուժգնությունը մեծանում է: Սա պահում է ճառագայթը նույն ճանապարհին: Թրոմբը մտցվում է ռինգ և արագանում դեպիպահանջվում է էներգիա, նախքան այն կարող է հանվել և օգտագործվել փորձերում: Նահանջը ձեռք է բերվում էլեկտրամագնիսների միջոցով, որոնք միանում են՝ մասնիկները դուրս մղելու սինքրոտրոնային օղակից:
Բախում
Բժշկության և արդյունաբերության մեջ օգտագործվող մասնիկների արագացուցիչները հիմնականում արտադրում են ճառագայթներ որոշակի նպատակով, ինչպիսիք են ճառագայթային թերապիան կամ իոնային իմպլանտացիան: Սա նշանակում է, որ մասնիկները օգտագործվում են մեկ անգամ։ Երկար տարիներ նույնը վերաբերում էր հիմնական հետազոտություններում օգտագործվող արագացուցիչներին: Բայց 1970-ականներին ստեղծվեցին օղակներ, որոնցում երկու ճառագայթները պտտվում են հակառակ ուղղություններով և բախվում են ամբողջ շղթայի երկայնքով: Նման կայանքների հիմնական առավելությունն այն է, որ դեմ առ դեմ բախման ժամանակ մասնիկների էներգիան ուղղակիորեն անցնում է նրանց միջև փոխազդեցության էներգիայի մեջ: Սա հակադրվում է այն ամենին, ինչ տեղի է ունենում, երբ ճառագայթը բախվում է հանգստի վիճակում գտնվող նյութին. այս դեպքում էներգիայի մեծ մասը ծախսվում է թիրախային նյութը շարժման մեջ դնելու վրա՝ իմպուլսի պահպանման սկզբունքի համաձայն:
:
Որոշ բախվող ճառագայթային մեքենաներ կառուցված են երկու կամ ավելի տեղերում հատվող երկու օղակներով, որոնցում նույն տեսակի մասնիկները շրջանառվում են հակառակ ուղղություններով: Առավել տարածված են մասնիկներով և հակամասնիկներով բախողները: Հակամասնիկը ունի իր հարակից մասնիկի հակառակ լիցքը: Օրինակ՝ պոզիտրոնը դրական լիցքավորված է, իսկ էլեկտրոնը՝ բացասական։ Սա նշանակում է, որ դաշտը, որն արագացնում է էլեկտրոնը, դանդաղեցնում է պոզիտրոնը,շարժվելով նույն ուղղությամբ: Բայց եթե վերջինս շարժվի հակառակ ուղղությամբ, ապա կարագանա։ Նմանապես, մագնիսական դաշտի միջով շարժվող էլեկտրոնը թեքվելու է դեպի ձախ, իսկ պոզիտրոնը՝ աջ: Բայց եթե պոզիտրոնը շարժվի դեպի այն, ապա նրա ճանապարհը դեռ կշեղվի դեպի աջ, բայց նույն կորի երկայնքով, ինչ էլեկտրոնը։ Միասին սա նշանակում է, որ այս մասնիկները կարող են շարժվել սինքրոտրոնային օղակի երկայնքով նույն մագնիսների շնորհիվ և արագացնել նույն էլեկտրական դաշտերը հակառակ ուղղություններով: Բախվող ճառագայթների վրա ամենահզոր բախվողներից շատերը ստեղծվել են այս սկզբունքով, քանի որ անհրաժեշտ է միայն մեկ արագացուցիչ օղակ:
Սինքրոտրոնում ճառագայթը անընդհատ չի շարժվում, այլ միավորվում է «կմբուկների»: Նրանք կարող են ունենալ մի քանի սանտիմետր երկարություն և տասներորդ միլիմետր տրամագիծ և պարունակում են մոտ 1012 մասնիկներ: Սա փոքր խտություն է, քանի որ այս չափի նյութը պարունակում է մոտ 1023 ատոմ: Հետևաբար, երբ ճառագայթները հատվում են հանդիպակաց ճառագայթների հետ, փոքր հավանականություն կա, որ մասնիկները փոխազդեն միմյանց հետ: Գործնականում փնջերը շարունակում են շարժվել օղակի երկայնքով և նորից հանդիպել: Մասնիկների արագացուցիչի խորը վակուումը (10-11 մմ Hg) անհրաժեշտ է, որպեսզի մասնիկները կարողանան շատ ժամեր շրջանառել առանց օդի մոլեկուլների հետ բախվելու: Հետևաբար, օղակները կոչվում են նաև կուտակային, քանի որ կապոցներն իրականում դրանց մեջ պահվում են մի քանի ժամ։
Գրանցվել
Մասնիկների արագացուցիչները մեծ մասամբ կարող են գրանցել, թե ինչ է տեղի ունենում, երբերբ մասնիկները հարվածում են թիրախին կամ հակառակ ուղղությամբ շարժվող մեկ այլ ճառագայթին: Հեռուստատեսային կինեսկոպում հրացանի էլեկտրոնները հարվածում են ֆոսֆորին էկրանի ներքին մակերեսին և լույս արձակում, որն այդպիսով վերստեղծում է փոխանցվող պատկերը։ Արագացուցիչներում նման մասնագիտացված դետեկտորները արձագանքում են ցրված մասնիկներին, բայց դրանք սովորաբար նախատեսված են էլեկտրական ազդանշաններ առաջացնելու համար, որոնք կարող են վերածվել համակարգչային տվյալների և վերլուծվել համակարգչային ծրագրերի միջոցով: Միայն լիցքավորված տարրերն են ստեղծում էլեկտրական ազդանշաններ՝ անցնելով նյութի միջով, օրինակ՝ գրգռելով կամ իոնացնող ատոմներով, և դրանք կարող են ուղղակիորեն հայտնաբերվել: Չեզոք մասնիկները, ինչպիսիք են նեյտրոնները կամ ֆոտոնները, կարող են անուղղակիորեն հայտնաբերել լիցքավորված մասնիկների վարքագծի միջոցով, որոնք նրանք շարժման մեջ են դնում:
Կան բազմաթիվ մասնագիտացված դետեկտորներ: Նրանցից ոմանք, ինչպես Գայգերի հաշվիչը, պարզապես հաշվում են մասնիկները, իսկ մյուսներն օգտագործվում են, օրինակ, հետքերը գրանցելու, արագությունը չափելու կամ էներգիայի քանակը չափելու համար։ Ժամանակակից դետեկտորները տարբերվում են չափերով և տեխնոլոգիայով՝ փոքր լիցքով զուգակցված սարքերից մինչև խոշոր մետաղալարով լցված գազով լցված խցիկներ, որոնք հայտնաբերում են լիցքավորված մասնիկների ստեղծած իոնացված հետքերը:
Պատմություն
Մասնիկների արագացուցիչները հիմնականում մշակվել են ատոմային միջուկների և տարրական մասնիկների հատկությունները ուսումնասիրելու համար։ Բրիտանացի ֆիզիկոս Էռնեստ Ռադերֆորդի կողմից 1919 թվականին ազոտի միջուկի և ալֆա մասնիկի միջև ռեակցիայի հայտնաբերումից հետո միջուկային ֆիզիկայի բոլոր հետազոտությունները մինչև1932 թվականն անցավ բնական ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման արդյունքում ազատված հելիումի միջուկներով: Բնական ալֆա մասնիկներն ունեն 8 ՄէՎ կինետիկ էներգիա, սակայն Ռադերֆորդը կարծում էր, որ ծանր միջուկների քայքայումը դիտարկելու համար դրանք պետք է արհեստականորեն արագացվեն նույնիսկ ավելի մեծ արժեքների։ Այն ժամանակ դժվար էր թվում: Այնուամենայնիվ, 1928 թվականին Գեորգի Գամովը (Գյոթինգենի համալսարանում, Գերմանիա) կատարած հաշվարկը ցույց տվեց, որ կարող են օգտագործվել շատ ավելի ցածր էներգիա ունեցող իոններ, և դա խթանեց միջուկային հետազոտությունների համար բավարար ճառագայթներ տրամադրող օբյեկտ կառուցելու փորձերը:
Այս ժամանակաշրջանի այլ իրադարձություններ ցույց տվեցին այն սկզբունքները, որոնցով կառուցվում են մասնիկների արագացուցիչները մինչ օրս: Արհեստականորեն արագացված իոնների հետ առաջին հաջող փորձերն իրականացվել են Քոքրոֆթի և Ուոլթոնի կողմից 1932 թվականին Քեմբրիջի համալսարանում։ Օգտագործելով լարման բազմապատկիչ՝ նրանք արագացրել են պրոտոնները մինչև 710 կՎ և ցույց են տվել, որ վերջիններս փոխազդում են լիթիումի միջուկի հետ՝ առաջացնելով երկու ալֆա մասնիկներ։ Մինչև 1931 թվականը Նյու Ջերսիի Փրինսթոնի համալսարանում Ռոբերտ վան դե Գրաֆը կառուցեց առաջին բարձր պոտենցիալ գոտիով էլեկտրաստատիկ գեներատորը: Cockcroft-W alton լարման բազմապատկիչները և Van de Graaff գեներատորները դեռ օգտագործվում են որպես արագացուցիչների էներգիայի աղբյուրներ:
Գծային ռեզոնանսային արագացուցիչի սկզբունքը ցուցադրվել է 1928 թվականին Ռոլֆ Վիդերոյի կողմից: Աախենում, Գերմանիա, Ռեյն-Վեստֆալյան տեխնոլոգիական համալսարանում, նա օգտագործել է բարձր փոփոխական լարում, որպեսզի նատրիումի և կալիումի իոնները երկու անգամ արագացնեն էներգիա:գերազանցում է նրանց կողմից հաղորդվածները։ 1931 թվականին Միացյալ Նահանգներում Էռնեստ Լոուրենսը և նրա օգնական Դեյվիդ Սլոանը Կալիֆորնիայի համալսարանից, Բերքլիի համալսարանից, օգտագործեցին բարձր հաճախականության դաշտեր՝ սնդիկի իոնները արագացնելու համար 1,2 ՄէՎ-ից ավելի էներգիա: Այս աշխատանքը լրացրեց Wideröe ծանր մասնիկների արագացուցիչը, սակայն իոնային ճառագայթները օգտակար չէին միջուկային հետազոտություններում:
Մագնիսա-ռեզոնանսային արագացուցիչը կամ ցիկլոտրոնը մտահղացվել է Լոուրենսի կողմից՝ որպես Wideröe-ի տեղադրման փոփոխություն: Լոուրենս Լիվինգսթոնի աշակերտը ցույց տվեց ցիկլոտրոնի սկզբունքը 1931 թվականին՝ արտադրելով 80 կէՎ իոններ։ 1932 թվականին Լոուրենսը և Լիվինգսթոնը հայտարարեցին պրոտոնների արագացման մասին մինչև 1 ՄէՎ։ Ավելի ուշ՝ 1930-ականներին, ցիկլոտրոնների էներգիան հասել է մոտ 25 ՄեՎ-ի, իսկ Վան դե Գրաֆի գեներատորներինը՝ մոտ 4 ՄեՎ-ի։ 1940 թվականին Դոնալդ Քերստը, կիրառելով ուղեծրի մանրակրկիտ հաշվարկների արդյունքները մագնիսների նախագծման վրա, Իլինոյսի համալսարանում կառուցեց առաջին բետատրոնը՝ մագնիսական ինդուկցիայի էլեկտրոնների արագացուցիչը:
:
Ժամանակակից ֆիզիկա. մասնիկների արագացուցիչներ
Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո մասնիկները դեպի բարձր էներգիաներ արագացնող գիտությունը արագ առաջընթաց գրանցեց: Այն սկսել է Էդվին Մակմիլանը Բերկլիում և Վլադիմիր Վեկսլերը՝ Մոսկվայում: 1945 թվականին նրանք երկուսն էլ ինքնուրույն նկարագրեցին փուլային կայունության սկզբունքը։ Այս հայեցակարգն առաջարկում է ցիկլային արագացուցչի մեջ մասնիկների կայուն ուղեծրերը պահպանելու միջոց, որը վերացրեց պրոտոնների էներգիայի սահմանափակումը և հնարավորություն տվեց էլեկտրոնների համար ստեղծել մագնիսական ռեզոնանսային արագացուցիչներ (սինկրոտրոններ): Շինարարությունից հետո հաստատվել է ավտոֆազավորումը՝ փուլային կայունության սկզբունքի իրականացումըփոքր սինքրոցիկլոտրոն Կալիֆորնիայի համալսարանում և սինքրոտրոն Անգլիայում: Դրանից անմիջապես հետո ստեղծվեց առաջին պրոտոնային գծային ռեզոնանսային արագացուցիչը։ Այս սկզբունքը օգտագործվել է այդ ժամանակից ի վեր կառուցված բոլոր մեծ պրոտոնային սինքրոտրոններում:
1947 թվականին Ուիլյամ Հանսենը Կալիֆորնիայի Սթենֆորդի համալսարանում կառուցեց առաջին գծային շրջող ալիքների էլեկտրոնային արագացուցիչը՝ օգտագործելով միկրոալիքային տեխնոլոգիա, որը մշակվել էր Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ ռադարների համար:
Հետազոտությունների առաջընթացը հնարավոր դարձավ պրոտոնների էներգիայի ավելացման շնորհիվ, ինչը հանգեցրեց ավելի ու ավելի մեծ արագացուցիչների կառուցմանը: Այս միտումը կանգնեցվել է հսկայական օղակային մագնիսների պատրաստման բարձր գնի պատճառով: Ամենամեծը կշռում է մոտ 40000 տոննա։ Առանց մեքենաների չափը մեծացնելու էներգիան մեծացնելու ուղիները ցուցադրվել են 1952 թվականին Լիվինգսթոնի, Կուրանտի և Սնայդերի կողմից՝ փոփոխական կենտրոնացման տեխնիկայում (երբեմն կոչվում է ուժեղ կենտրոնացում): Այս սկզբունքի վրա հիմնված սինքրոտրոններն օգտագործում են մագնիսներ 100 անգամ ավելի փոքր, քան նախկինում: Նման կենտրոնացումն օգտագործվում է բոլոր ժամանակակից սինքրոտրոններում։
1956 թվականին Քերսթը հասկացավ, որ եթե մասնիկների երկու խումբ պահվեն հատվող ուղեծրերում, ապա դրանք կարող են դիտվել բախվելիս: Այս գաղափարի կիրառումը պահանջում էր արագացված ճառագայթների կուտակում ցիկլերում, որոնք կոչվում են պահեստավորում: Այս տեխնոլոգիան հնարավորություն տվեց հասնել մասնիկների փոխազդեցության առավելագույն էներգիայի։
