حزمة الجسيمات

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

حزمة الجسيمات هي تيار من الجسيمات المشحونة أو المتعادلة، باستثناء الفوتونات . في مسرعات الجسيمات ، يمكن لهذه الجسيمات أن تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء . [ 1 ] ثمة فرق بين توليد حزم الجسيمات المشحونة والتحكم بها ، وحزم الجسيمات المتعادلة، إذ لا يمكن التحكم إلا بالنوع الأول بدرجة كافية باستخدام أجهزة تعتمد على الكهرومغناطيسية . يُعد التحكم في حزم الجسيمات المشحونة وتشخيصها عند طاقات حركية عالية باستخدام مسرعات الجسيمات من المواضيع الرئيسية في فيزياء المسرعات .

مصادر

يمكن فصل الجسيمات المشحونة ، مثل الإلكترونات والبوزيترونات والبروتونات ، عن محيطها المعتاد. ويمكن تحقيق ذلك من خلال عمليات مثل الانبعاث الحراري أو التفريغ القوسي . وتُستخدم الأجهزة التالية عادةً كمصادر لحزم الجسيمات:

تلاعب

تسريع

يمكن تسريع الحزم المشحونة بشكل أكبر باستخدام تجاويف الميكروويف عالية الرنين، والتي تكون أحيانًا فائقة التوصيل . تعمل هذه الأجهزة على تسريع الجسيمات من خلال التفاعل مع مجال كهرومغناطيسي . ونظرًا لأن الطول الموجي للأجهزة الموصلة المجوفة الكبيرة يقع ضمن نطاق الترددات الراديوية ، فإن تصميم هذه التجاويف وغيرها من أجهزة الترددات الراديوية يُعد جزءًا من فيزياء المسرعات.

في الآونة الأخيرة، برز تسريع البلازما كخيار لتسريع الجسيمات في وسط البلازما ، باستخدام الطاقة الكهرومغناطيسية لأنظمة الليزر النبضية عالية القدرة أو الطاقة الحركية لجسيمات مشحونة أخرى. هذه التقنية قيد التطوير النشط، لكنها لا تستطيع حاليًا توفير حزم موثوقة بجودة كافية.

إرشاد

في جميع الحالات، يتم توجيه الشعاع باستخدام مغناطيس ثنائي القطب وتركيزه باستخدام مغناطيس رباعي القطب ، وذلك بهدف الوصول إلى الموضع المطلوب وحجم بقعة الشعاع في التجربة.

التطبيقات

فيزياء الطاقة العالية

تُستخدم حزم الجسيمات عالية الطاقة في تجارب فيزياء الجسيمات في المنشآت الكبيرة؛ ومن الأمثلة الأكثر شيوعًا مصادم الهادرونات الكبير ومصادم تيفاترون .

إشعاع السنكروترون

تُستخدم حزم الإلكترونات في مصادر ضوء السنكروترون لإنتاج إشعاع سينكروتروني ذي طيف متصل عبر نطاق ترددي واسع . يُستخدم هذا الإشعاع في خطوط حزم مصادر ضوء السنكروترون لإجراء مجموعة متنوعة من التحليلات الطيفية ( XAS ، XANES ، EXAFS ، μ -XRF ، μ -XRD ) بهدف دراسة وتوصيف بنية وتركيب المواد الصلبة والبيولوجية.

العلاج بالجسيمات

يمكن أيضًا استخدام حزم الجسيمات النشطة المكونة من البروتونات أو النيوترونات أو الأيونات الموجبة (وتسمى أيضًا حزم الجسيمات الدقيقة) لعلاج السرطان في العلاج بالجسيمات.

تستخدم المعجلات الخطية حزمة إلكترونية بسرعة تقارب سرعة الضوء لعلاج الأورام السرطانية العميقة لدى المرضى. ويمكن تحريك هدف من التنجستن/الموليبدينوم داخل الحزمة لتوليد أشعة سينية لعلاج الأورام السرطانية السطحية.

الفيزياء الفلكية وفيزياء الفضاء

تُعزى العديد من الظواهر في الفيزياء الفلكية إلى حزم الجسيمات بأنواعها المختلفة. [ 3 ] ويستخدم العلماء الانفجارات الراديوية الشمسية من النوع الثالث، وهي أكثر الإشارات الراديوية النبضية شيوعًا من الشمس، كأداة لفهم حزم الإلكترونات الشمسية المتسارعة بشكل أفضل. [ 4 ] بالإضافة إلى ذلك، تُسبب حزم الجسيمات عدم استقرار عند تفاعلها مع البلازما، مما قد يؤدي إلى ظروف تُسبب موجات كهروستاتيكية منفردة . [ 5 ]

جيش

بدأت وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة الأمريكية العمل على أسلحة حزم الجسيمات عام 1958. [ 6 ] وتتلخص الفكرة العامة لهذه الأسلحة في ضرب الهدف بتيار من الجسيمات المتسارعة ذات الطاقة الحركية العالية ، والتي تُنقل بعد ذلك إلى ذرات أو جزيئات الهدف. وتفوق الطاقة اللازمة لإطلاق حزمة عالية الطاقة من هذا النوع قدرات أي محطة طاقة قياسية في ساحة المعركة، [ 6 ] لذا فمن غير المتوقع إنتاج مثل هذه الأسلحة في المستقبل المنظور.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "دليل الأسئلة الشائعة حول مصادم الهادرونات الكبير | سيرن" . home.cern . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-01-2025 .
  2. ↑ تي جيه كاوبيلا وآخرون (1987)، حاقن إلكتروني نبضي باستخدام مهبط ضوئي معدني مُشعّع بواسطة ليزر إكسيمر ، وقائع مؤتمر مسرعات الجسيمات 1987
  3. ↑ أنتوني بيرات (1988). "دور حزم الجسيمات والتيارات الكهربائية في عالم البلازما" (ملف PDF) . مجلة الليزر وحزم الجسيمات . 6 (3): 471-491 . رمز Bibcode : 1988LPB.....6..471P . doi : 10.1017/S0263034600005401 . تاريخ الاسترجاع: 26 يناير 2023 .
  4. ↑ ريد، هاميش أندرو سنكلير؛ راتكليف، هيذر (يوليو 2014). "مراجعة لانفجارات الراديو الشمسية من النوع الثالث" . بحث في علم الفلك والفيزياء الفلكية . 14 (7): 773-804 . arXiv : 1404.6117 . Bibcode : 2014RAA....14..773R . doi : 10.1088/1674-4527/14/7/003 . ISSN 1674-4527 . S2CID 118446359 .  
  5. ↑ أومورا، ي.؛ ماتسوموتو، هـ.؛ مياكي، ت.؛ كوجيما، هـ. (فبراير 1996). "عدم استقرار حزمة الإلكترونات كآلية لتوليد الموجات الانفرادية الكهروستاتيكية في ذيل الغلاف المغناطيسي" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء . 101 (A2): 2685-2697 . doi : 10.1029/95JA03145 . ISSN 0148-0227 . 
  6. 1 2 روبرتس، ريتشارد م. (1984). "تقديم سلاح شعاع الجسيمات" . مجلة جامعة سلاح الجو . يوليو - أغسطس. مؤرشف من الأصل في 17 أبريل 2012. تم الاسترجاع في 3 يناير 2005 .