Storage ring
સંગ્રહ રિંગ એ એક પ્રકારનો ગોળાકાર કણ પ્રવેગક છે જેમાં સતત અથવા સ્પંદિત કણ બીમ સામાન્ય રીતે ઘણા કલાકો સુધી ફરતા રાખી શકાય છે. ચોક્કસ કણનો સંગ્રહ દળ, વેગ અને સામાન્ય રીતે સંગ્રહિત કરવાના કણના ચાર્જ પર આધાર રાખે છે. સંગ્રહ રિંગ્સ સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રોન, પોઝિટ્રોન અથવા પ્રોટોનનો સંગ્રહ કરે છે. સંગ્રહ રિંગ્સનો ઉપયોગ મોટાભાગે સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગ ફેલાવતા ઇલેક્ટ્રોનને સંગ્રહિત કરવા માટે થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન સંગ્રહ રિંગ્સ પર આધારિત 50 થી વધુ સુવિધાઓ અસ્તિત્વમાં છે અને તેનો ઉપયોગ રસાયણશાસ્ત્ર અને જીવવિજ્ઞાનના વિવિધ અભ્યાસો માટે થાય છે. સંગ્રહ રિંગ્સનો ઉપયોગ સોકોલોવ-ટર્નોવ અસર દ્વારા ધ્રુવીકૃત ઉચ્ચ-ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોન બીમ ઉત્પન્ન કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. સંગ્રહ રિંગ્સનો સૌથી જાણીતો ઉપયોગ કણ પ્રવેગક અને કણ અથડામણમાં તેનો ઉપયોગ છે, જ્યાં સંગ્રહિત કણોના બે કાઉન્ટર-રોટેટિંગ બીમ અલગ સ્થળોએ અથડામણમાં લાવવામાં આવે છે. પરિણામી ઉપપરમાણ્વિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો પછી આસપાસના કણ શોધકમાં અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. આવી સુવિધાઓના ઉદાહરણોમાં એલ. એચ. સી., એલ. ઈ. પી., પી. ઈ. પી.-2, કે. ઈ. કે. બી., આર. એચ. આઈ. સી., ટેવાટ્રોન અને એચ. ઈ. આર. એ. નો સમાવેશ થાય છે. સંગ્રહ રિંગ એ સિંક્રોટ્રોનનો એક પ્રકાર છે. જ્યારે પરંપરાગત સિંક્રોટ્રોન રેડિયો-ફ્રિક્વન્સી પ્રવેગક પોલાણની સહાયથી કણોને નીચાથી ઉચ્ચ ઉર્જા સ્થિતિમાં વેગ આપવાનું કામ કરે છે, ત્યારે સંગ્રહ રિંગ કણોને સતત ઉર્જા પર સંગ્રહિત રાખે છે અને રેડિયો-ફ્રિક્વન્સી પોલાણનો ઉપયોગ ફક્ત સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગ અને અન્ય પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ગુમાવેલી ઊર્જાને બદલવા માટે થાય છે. ગેરાર્ડ કે. ઓ 'નીલે 1956માં કોલાઇડર માટે બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ તરીકે સ્ટોરેજ રિંગ્સનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરી હતી. આ સંદર્ભમાં સંગ્રહ રિંગ્સનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે સંગ્રહ રિંગ ઇન્જેક્શન પ્રવેગકમાંથી ઉચ્ચ બીમ ફ્લક્સ એકઠા કરી શકે છે જે ઘણો ઓછો ફ્લક્સ પ્રાપ્ત કરે છે. કણ-બીમ સંગ્રહ ચુંબક માટે મહત્વપૂર્ણ વિચારણાઓ કણો પર બળ એવી રીતે લાગુ કરવું આવશ્યક છે કે તેઓ લગભગ ગોળાકાર માર્ગમાં આગળ વધવા માટે અવરોધિત થાય. આ દ્વિધ્રુવીય વિદ્યુતસ્થૈતિક અથવા દ્વિધ્રુવીય ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરીને પરિપૂર્ણ કરી શકાય છે, પરંતુ મોટાભાગની સંગ્રહ રિંગ્સ સાપેક્ષ ચાર્જ કણોને સંગ્રહિત કરે છે તેથી તે તારણ આપે છે કે દ્વિધ્રુવીય ચુંબક દ્વારા ઉત્પાદિત ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરવો સૌથી વધુ વ્યવહારુ છે. જો કે, સ્થિરવિદ્યુત પ્રવેગક ખૂબ જ ઓછા ઊર્જાના કણોને સંગ્રહિત કરવા માટે બનાવવામાં આવ્યા છે, અને ચતુર્ભુજ ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ (ચાર્જ વગરના) ન્યુટ્રોનને સંગ્રહિત કરવા માટે થઈ શકે છે; જો કે, આ તુલનાત્મક રીતે દુર્લભ છે. એકલા દ્વિધ્રુવ ચુંબક માત્ર તે જ પ્રદાન કરે છે જેને નબળું ધ્યાન કેન્દ્રિત કહેવામાં આવે છે, અને માત્ર આ પ્રકારના ચુંબકીય તત્વોથી બનેલી સંગ્રહ રિંગ પ્રમાણમાં મોટા બીમનું કદ ધરાવતા કણોમાં પરિણમે છે. ક્વાડ્રુપોલ અને સેક્સટુપોલ ચુંબકની યોગ્ય વ્યવસ્થા સાથે ઇન્ટરલીવિંગ દ્વિધ્રુવ ચુંબક યોગ્ય મજબૂત ધ્યાન કેન્દ્રિત પ્રણાલી આપી શકે છે જે બીમનું કદ ઘણું નાનું આપી શકે છે. એફ. ઓ. ડી. ઓ. અને ચેસમેન-ગ્રીન લેટીસ માળખાં મજબૂત ધ્યાન કેન્દ્રિત પ્રણાલીઓના સરળ ઉદાહરણો છે, પરંતુ અન્ય ઘણા છે. દ્વિધ્રુવ અને ચતુર્ભુજ ચુંબક વિવિધ કણોની ઊર્જાને અલગ-અલગ માત્રામાં વિક્ષેપિત કરે છે, જે ભૌતિક ઓપ્ટિક્સ સાથે સામ્યતા દ્વારા રંગસૂત્રતા તરીકે ઓળખાય છે. કોઈપણ વ્યવહારુ સંગ્રહિત કણ બીમમાં સ્વાભાવિક રીતે હાજર ઊર્જાનો ફેલાવો તેથી ત્રાંસા અને સમાંતર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાના ફેલાવાને જન્મ આપશે, તેમજ વિવિધ કણ બીમ અસ્થિરતામાં ફાળો આપશે. આ ઘટનાને સુધારવા માટે સેક્સટુપોલ ચુંબક (અને ઉચ્ચ ક્રમના ચુંબક) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, પરંતુ આ બદલામાં બિનરેખીય ગતિને જન્મ આપે છે જે સંગ્રહ રિંગ્સના ડિઝાઇનરોની મુખ્ય સમસ્યાઓમાંની એક છે. શૂન્યાવકાશ કારણ કે ગુચ્છ ઘણા લાખો કિલોમીટરની મુસાફરી કરશે (તે ધ્યાનમાં રાખીને કે તેઓ ઘણા કલાકો સુધી પ્રકાશની ઝડપે આગળ વધશે), બીમ પાઇપમાં કોઈપણ શેષ ગેસ ઘણા, ઘણા અથડામણમાં પરિણમશે. આની અસર ટોળુંનું કદ વધારવાની અને ઊર્જાનો ફેલાવો વધારવાની રહેશે. તેથી, વધુ સારી વેક્યૂમ વધુ સારી બીમ ગતિશીલતા આપે છે. ઉપરાંત, અવશેષ ગેસમાંથી અથવા સમૂહના અન્ય કણોમાંથી (ટૌશેક અસર) એકલ મોટા-ખૂણા સ્કેટરિંગ ઇવેન્ટ્સ, એટલા કણોને બહાર કાઢી શકે છે કે તેઓ પ્રવેગક વેક્યૂમ જહાજની દિવાલો પર ખોવાઈ જાય છે. કણોની આ ક્રમિક ખોટને બીમ જીવનકાળ કહેવામાં આવે છે, અને તેનો અર્થ એ છે કે સંગ્રહ રિંગ્સને સમયાંતરે કણોના નવા પૂરક સાથે ઇન્જેક્ટ કરવી આવશ્યક છે. સ્ટોરેજ રિંગમાં કણોનું કણ ઈન્જેક્શન અને સમય ઈન્જેક્શન સંગ્રહ રિંગના ઉપયોગના આધારે ઘણી રીતે પૂર્ણ થઈ શકે છે. સૌથી સરળ પદ્ધતિ સંગ્રહિત બીમ પાથ પર કણોની આવનારી ટ્રેનને ચલાવવા માટે એક અથવા વધુ સ્પંદિત ડિફ્લેક્ટિંગ દ્વિધ્રુવ ચુંબક (ઈન્જેક્શન કિકર ચુંબક) નો ઉપયોગ કરે છે; સંગ્રહિત ટ્રેન ઈન્જેક્શન પોઇન્ટ પર પરત આવે તે પહેલાં કિકર ચુંબક બંધ કરવામાં આવે છે, આમ સંગ્રહિત બીમમાં પરિણમે છે. આ પદ્ધતિને કેટલીકવાર સિંગલ-ટર્ન ઈન્જેક્શન કહેવામાં આવે છે. મલ્ટી-ટર્ન ઈન્જેક્શન કણોની ઘણી આવનારી ટ્રેનોના સંચયને મંજૂરી આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે જો મોટા સંગ્રહિત પ્રવાહની જરૂર હોય તો. પ્રોટોન જેવા કણો માટે જ્યાં કોઈ નોંધપાત્ર બીમ ડેમ્પિંગ નથી, દરેક ઇન્જેક્ટેડ પલ્સ સંગ્રહિત બીમ ત્રાંસી અથવા સમાંતર તબક્કાની જગ્યામાં ચોક્કસ બિંદુ પર મૂકવામાં આવે છે, સંગ્રહિત બીમમાં બીમ ડિફ્લેક્શન અને સુસંગત ઓસિલેશનની સાવચેતીપૂર્વક ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરીને અગાઉ ઇન્જેક્ટેડ ટ્રેનોને બહાર ન કાઢવાની કાળજી લે છે. જો ત્યાં નોંધપાત્ર બીમ ડેમ્પિંગ હોય, ઉદાહરણ તરીકે સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશનને કારણે ઇલેક્ટ્રોનનું રેડિયેશન ડેમ્પિંગ, તો પછી ઇન્જેક્ટેડ પલ્સ તબક્કાની જગ્યાની ધાર પર મૂકી શકાય છે અને પછી વધુ પલ્સ દાખલ કરતા પહેલા સંગ્રહિત બીમમાં ત્રાંસી તબક્કાની જગ્યામાં ભીનાશ માટે છોડી શકાય છે. સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગમાંથી લાક્ષણિક ભીનાશનો સમય દસ મિલિસેકન્ડ્સનો હોય છે, જે પ્રતિ સેકન્ડ ઘણા કઠોળને એકઠા કરવાની મંજૂરી આપે છે. જો કણોના નિષ્કર્ષણની જરૂર હોય (ઉદાહરણ તરીકે પ્રવેગકની સાંકળમાં), તો પછી સિંગલ-ટર્ન નિષ્કર્ષણ ઈન્જેક્શનની જેમ જ કરી શકાય છે. રેઝોનન્ટ નિષ્કર્ષણનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે. બીમ ગતિશીલતા કણોને 10 અબજથી વધુ સંભવિત વળાંક માટે સંગ્રહિત કરવા જોઈએ. આ લાંબા ગાળાની સ્થિરતા પડકારજનક છે, અને કોઈએ ચુંબક ડિઝાઇનને ટ્રેકિંગ કોડ્સ સાથે જોડવી જોઈએ. અને લાંબા ગાળાની સ્થિરતાને સમજવા અને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે વિશ્લેષણાત્મક સાધનો. ઇલેક્ટ્રોન સંગ્રહ રિંગ્સના કિસ્સામાં, રેડિયેશન ડેમ્પિંગ હજારો વળાંકના ક્રમમાં ડિઝાઇન ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોન પરત કરતી બિન-હેમિલ્ટોનિયન ગતિ પ્રદાન કરીને સ્થિરતાની સમસ્યાને સરળ બનાવે છે. વિકિરિત ફોટોન ઊર્જામાં વધઘટમાંથી પ્રસરણ સાથે, સંતુલન બીમ વિતરણ સુધી પહોંચી શકાય છે. આમાંના કેટલાક વિષયો પર વધુ વિગતો માટે જોઈ શકાય છે. આ પણ જુઓ ગેરાર્ડ કે. ઓ 'નીલ (શોધક) સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગ સુવિધાઓની સૂચિ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ પ્રવેગક ભૌતિકશાસ્ત્ર ઊર્જા સંગ્રહ