تركيز قوي

في فيزياء المسرعات، يُعرف التركيز القوي أو التركيز ذو التدرج المتناوب بأنه مبدأ يسمح، باستخدام مجموعات من المغناطيسات الكهربائية المتعددة ، بتقريب حزمة من الجسيمات في اتجاهين متعامدين على اتجاه حركتها. في المقابل، يُعرف التركيز الضعيف بأنه مبدأ يسمح للدوائر المتقاربة، التي تُمثلها جسيمات مشحونة تتحرك في مجال مغناطيسي منتظم، بالتقاطع مرة واحدة فقط في كل دورة.

تُبيّن نظرية إيرنشو أنه من المستحيل تركيز شعاع الليزر في اتجاهين متعامدين على محوره في آنٍ واحد باستخدام مغناطيس واحد، إذ أن المغناطيس الذي يُركّز في اتجاه واحد سيُفقد تركيزه في الاتجاه العمودي. مع ذلك، يمكن لأقطاب الحديد في السيكلوترون ، أو اثنين أو أكثر من مغناطيسات رباعية الأقطاب المتباعدة (المرتبة بشكل متعامد )، أن تُركّز الشعاع بالتناوب أفقيًا ورأسيًا، ويمكن تعديل التأثير الكلي لهذه التركيبة لتركيز الشعاع في كلا الاتجاهين. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

طُورت فكرة التركيز القوي لأول مرة على يد نيكولاس كريستوفيلوس عام 1949، لكنها لم تُنشر (إذ فضّل كريستوفيلوس تسجيل براءة اختراع لفكرته). ^{[ 3 ]} وفي عام 1952، طُوّر مبدأ التركيز القوي بشكل مستقل من قِبل إرنست كوران ، وإم. ستانلي ليفينغستون ، وهارتلاند سنايدر، وج. بلوويت في مختبر بروكهافن الوطني ، ^{[ 4 ] [ 5 ]} الذين أقروا لاحقًا بأسبقية فكرة كريستوفيلوس. ^{[ 6 ]} وسرعان ما تبيّنت مزايا التركيز القوي، ووُظّفت في مسرع السنكروترون ذي التدرج المتناوب .

وجد كورانت وسنايدر أن التأثير الصافي لتغيير تدرج المجال هو إمكانية تركيز البروتونات عموديًا وأفقيًا بقوة في آنٍ واحد، مما يسمح بالتحكم الدقيق في مسارات البروتونات داخل الجهاز. وقد أدى ذلك إلى زيادة شدة الحزمة مع تقليل التكلفة الإجمالية لبناء مُسرِّع أكثر قوة. أحدثت هذه النظرية ثورة في تصميم السيكلوترون، وسمحت باستخدام مجالات ذات شدة عالية جدًا، مع تقليل حجم المغناطيسات المطلوبة بشكل كبير عن طريق تصغير حجم الحزمة. وتستخدم معظم مُسرِّعات الجسيمات اليوم مبدأ التركيز القوي.

تستخدم الأنظمة الحديثة غالبًا مغانط متعددة الأقطاب، مثل المغانط الرباعية والسداسية ، لتركيز الشعاع، إذ تُعطي هذه المغانط تأثير انحراف أقوى من الأنظمة الكهروستاتيكية السابقة عند طاقات حركية عالية للشعاع. وتُعيد المغانط متعددة الأقطاب تركيز الشعاع بعد كل قسم انحراف، لأن أقسام الانحراف تُسبب تشتيتًا يُمكن مُعاكسته باستخدام عدسة مغناطيسية مُتقاربة.

يمكن تمثيل ذلك تخطيطيًا بسلسلة من العدسات المتباعدة والمتقاربة. غالبًا ما تُرتّب العدسات الرباعية الأقطاب وفقًا لما يُعرف بنمط FODO (حيث تُركّز العدسة F عموديًا وتُشتّت الضوء أفقيًا، وتُركّز العدسة D أفقيًا وتُشتّت الضوء عموديًا، بينما تُمثّل العدسة O مغناطيسًا فضائيًا أو مغناطيسيًا للانحراف). عند تتبّع مسارات جسيمات الشعاع عبر ترتيب التركيز، يُلاحظ نمط تذبذبي.

يمكن التعبير عن تأثير مجموعة من المغناطيسات الخطية (أي ثنائيات الأقطاب، ورباعيات الأقطاب، ومناطق الانجراف الخالية من المجال بينها) على مجموعة من الجسيمات المشحونة كمصفوفات يمكن ضربها معًا للحصول على تأثيرها الكلي، باستخدام تحليل مصفوفة نقل الأشعة . ^{[ 7 ]} ويمكن معالجة الحدود ذات الرتب الأعلى، مثل سداسيات الأقطاب وثمانيات الأقطاب وما إلى ذلك، باستخدام طرق متنوعة، اعتمادًا على الظاهرة محل الاهتمام.

• مدفع الإلكترونات – يستخدم مجالات متناظرة أسطوانية مثل تلك التي توفرها أسطوانة وينيلت لتركيز حزمة الإلكترونات
• ماجليف - تم اقتراحه أيضًا كاستخدام للتركيز القوي

• مختبر لورانس بيركلي الوطني: عالم الحزم، مؤرشف بتاريخ 2 مارس 2005 على موقع Wayback Machine