Storage ring
اسٹوریج رنگ ایک قسم کا سرکلر پارٹیکل ایکسلریٹر ہے جس میں ایک مسلسل یا پلسڈ پارٹیکل بیم کو عام طور پر کئی گھنٹوں تک گردش کرتے رکھا جا سکتا ہے۔ کسی خاص ذرہ کا ذخیرہ کمیت، رفتار اور عام طور پر ذخیرہ کیے جانے والے ذرہ کے چارج پر منحصر ہوتا ہے۔ ذخیرہ کرنے والے حلقے عام طور پر الیکٹرانوں، پوزیٹرانوں یا پروٹانوں کو ذخیرہ کرتے ہیں۔ اسٹوریج کے حلقے اکثر ایسے الیکٹرانوں کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں جو سنکروٹران تابکاری کو خارج کرتے ہیں۔ الیکٹران اسٹوریج رنگوں پر مبنی 50 سے زیادہ سہولیات موجود ہیں اور کیمسٹری اور حیاتیات میں مختلف مطالعات کے لیے استعمال ہوتی ہیں۔ اسٹوریج بجتوں کو سوکولوف-ترنوف اثر کے ذریعے پولرائزڈ ہائی انرجی الیکٹران بیم تیار کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اسٹوریج رنگز کا سب سے مشہور استعمال پارٹیکل ایکسلریٹرز اور پارٹیکل کولائڈرز میں ان کا استعمال ہے، جہاں ذخیرہ شدہ ذرات کی دو جوابی گھومنے والی بیموں کو مجرد مقامات پر تصادم میں لایا جاتا ہے۔ اس کے نتیجے میں ہونے والے ذیلی جوہری تعاملات کا ارد گرد کے پارٹیکل ڈیٹیکٹر میں مطالعہ کیا جاتا ہے۔ اس طرح کی سہولیات کی مثالیں ایل ایچ سی، ایل ای پی، پی ای پی-II، کے ای کے بی، آر ایچ آئی سی، ٹیواٹرون اور ایچ ای آر اے ہیں۔ اسٹوریج رنگ سنکروٹرون کی ایک قسم ہے۔ جبکہ ایک روایتی سنکروٹرون ریڈیو فریکوئنسی تیز کرنے والی گہاوں کی مدد سے ذرات کو کم سے اعلی توانائی کی حالت میں تیز کرنے کا کام کرتا ہے، ایک اسٹوریج رنگ ذرات کو مستقل توانائی پر محفوظ رکھتا ہے اور ریڈیو فریکوئنسی گہاوں کو صرف سنکروٹرون تابکاری اور دیگر عمل کے ذریعے کھوئی ہوئی توانائی کو تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ جیرارڈ کے او نیل نے 1956 میں کولائڈر کے لیے بلڈنگ بلاکس کے طور پر اسٹوریج رنگز کے استعمال کی تجویز پیش کی۔ اس تناظر میں اسٹوریج رنگز کا ایک اہم فائدہ یہ ہے کہ اسٹوریج رنگ انجکشن ایکسلریٹر سے ہائی بیم فلکس جمع کر سکتا ہے جو بہت کم بہاؤ حاصل کرتا ہے۔ ذرہ بیم اسٹوریج میگنےٹس کے لیے اہم تحفظات ایک قوت کو ذرات پر اس طرح لاگو کیا جانا چاہیے کہ وہ تقریبا ایک سرکلر راستے میں حرکت کرنے پر مجبور ہوں۔ یہ یا تو ڈائپول الیکٹروسٹیٹک یا ڈائپول مقناطیسی شعبوں کا استعمال کرتے ہوئے پورا کیا جا سکتا ہے، لیکن چونکہ زیادہ تر اسٹوریج کے حلقے رشتہ دار چارج شدہ ذرات کو ذخیرہ کرتے ہیں اس لیے پتہ چلتا ہے کہ ڈائپول میگنےٹس کے ذریعے پیدا ہونے والے مقناطیسی شعبوں کا استعمال کرنا سب سے زیادہ عملی ہے۔ تاہم، الیکٹروسٹیٹک ایکسلریٹر بہت کم توانائی کے ذرات کو ذخیرہ کرنے کے لیے بنائے گئے ہیں، اور کواڈروپول فیلڈز کو (غیر چارج شدہ) نیوٹرانوں کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے ؛ تاہم، یہ نسبتا کم ہی ہوتے ہیں۔ اکیلے ڈائپول میگنےٹ صرف وہی فراہم کرتے ہیں جسے کمزور فوکسنگ کہا جاتا ہے، اور صرف اس قسم کے مقناطیسی عناصر پر مشتمل اسٹوریج رنگ کے نتیجے میں ذرات نسبتا بڑے بیم سائز کے ہوتے ہیں۔ کواڈروپول اور سیکسٹوپول میگنےٹس کے مناسب انتظام کے ساتھ انٹرلییونگ ڈائپول میگنےٹس ایک مناسب مضبوط فوکسنگ سسٹم دے سکتے ہیں جو بیم کا بہت چھوٹا سائز دے سکتا ہے۔ ایف او ڈی او اور چیس مین گرین لیٹس ڈھانچے مضبوط فوکسنگ سسٹم کی سادہ مثالیں ہیں، لیکن بہت سے دوسرے بھی ہیں۔ ڈائپول اور کواڈروپول میگنےٹ مختلف ذرہ توانائیوں کو مختلف مقداروں سے ہٹاتے ہیں، ایک خاصیت جسے جسمانی آپٹکس کے ساتھ مشابہت کے ذریعے کرومیٹیٹی کہا جاتا ہے۔ کسی بھی عملی ذخیرہ شدہ ذرہ بیم میں فطری طور پر موجود توانائیوں کا پھیلاؤ اس لیے ٹرانسورس اور لانگٹیوڈینل فوکسنگ کے پھیلاؤ کو جنم دے گا، ساتھ ہی ساتھ مختلف ذرہ بیم کی عدم استحکام میں بھی حصہ ڈالے گا۔ اس رجحان کو درست کرنے کے لیے سیکسٹوپول میگنےٹ (اور اعلی درجے کے میگنےٹ) استعمال کیے جاتے ہیں، لیکن اس کے نتیجے میں غیر لکیری حرکت پیدا ہوتی ہے جو اسٹوریج بجتی کے ڈیزائنرز کو درپیش اہم مسائل میں سے ایک ہے۔ ویکیوم چونکہ گچھے کئی لاکھوں کلومیٹر کا سفر کریں گے (اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ وہ کئی گھنٹوں تک روشنی کی رفتار کے قریب حرکت کریں گے)، بیم پائپ میں موجود کسی بھی بقایا گیس کے نتیجے میں بہت سے، بہت سے تصادم ہوں گے۔ اس سے گچھا کے سائز میں اضافہ اور توانائی کے پھیلاؤ میں اضافہ ہوگا۔ لہذا، ایک بہتر ویکیوم بہتر بیم ڈائنامکس پیدا کرتا ہے۔ نیز، بقیہ گیس، یا گروپ کے دیگر ذرات (توشک اثر) سے واحد بڑے زاویے کے بکھرنے کے واقعات، اتنے دور تک ذرات کو باہر نکال سکتے ہیں کہ وہ ایکسلریٹر ویکیوم برتن کی دیواروں پر کھو جاتے ہیں۔ ذرات کے اس بتدریج نقصان کو بیم لائف ٹائم کہا جاتا ہے، اور اس کا مطلب یہ ہے کہ اسٹوریج کے بجتوں کو وقتا فوقتا ذرات کی نئی تکمیل کے ساتھ انجکشن کیا جانا چاہیے۔ اسٹوریج رنگ کے اطلاق کے لحاظ سے، اسٹوریج رنگ میں ذرات کا پارٹیکل انجیکشن اور ٹائمنگ انجیکشن کئی طریقوں سے انجام دیا جا سکتا ہے۔ سب سے آسان طریقہ ذخیرہ شدہ بیم کے راستے پر ذرات کی آنے والی ٹرین کو چلانے کے لیے ایک یا زیادہ پلسڈ ڈیفلیکٹنگ ڈائپول میگنےٹس (انجیکشن ککر میگنےٹس) کا استعمال کرتا ہے۔ ذخیرہ شدہ ٹرین کے انجیکشن پوائنٹ پر واپس آنے سے پہلے ککر میگنےٹس کو بند کر دیا جاتا ہے، اس طرح ایک ذخیرہ شدہ بیم بن جاتا ہے۔ اس طریقہ کو بعض اوقات سنگل ٹرن انجیکشن کہا جاتا ہے۔ ملٹی ٹرن انجکشن ذرات کی آنے والی بہت سی ٹرینوں کو جمع کرنے کی اجازت دیتا ہے، مثال کے طور پر اگر کسی بڑے ذخیرہ شدہ کرنٹ کی ضرورت ہو۔ پروٹون جیسے ذرات کے لیے جہاں کوئی اہم بیم ڈمپنگ نہیں ہے، ہر انجکشن شدہ پلس کو ذخیرہ شدہ بیم ٹرانسورس یا لانگٹیوڈینل فیز اسپیس میں ایک خاص نقطہ پر رکھا جاتا ہے، اس بات کا خیال رکھتے ہوئے کہ ذخیرہ شدہ بیم میں بیم کے انحراف اور مربوط ارتعاش کے محتاط انتظام کا استعمال کرتے ہوئے پہلے سے انجکشن شدہ ٹرینوں کو باہر نہ نکالا جائے۔ اگر بیم میں نمایاں ڈمپنگ ہوتی ہے، مثال کے طور پر سنکروٹران تابکاری کی وجہ سے الیکٹرانوں کی تابکاری میں ڈمپنگ، تو ایک انجکشن شدہ پلس کو فیز اسپیس کے کنارے پر رکھا جا سکتا ہے اور پھر مزید پلس انجکشن کرنے سے پہلے ذخیرہ شدہ بیم میں ٹرانسورس فیز اسپیس میں ڈمپ کرنے کے لیے چھوڑ دیا جا سکتا ہے۔ سنکروٹرون تابکاری سے عام ڈمپنگ ٹائم دسیوں ملی سیکنڈ ہوتے ہیں، جس سے فی سیکنڈ بہت سی دالوں کو جمع کیا جا سکتا ہے۔ اگر ذرات کو نکالنے کی ضرورت ہو (مثال کے طور پر ایکسلریٹرز کی زنجیر میں)، تو سنگل ٹرن ایکسٹریکشن انجکشن کے مترادف انجام دیا جا سکتا ہے۔ گونج نکالنے کا بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ بیم کی حرکیات ذرات کو ممکنہ طور پر 10 ارب سے زیادہ بڑی تعداد میں موڑ کے لیے ذخیرہ کیا جانا چاہیے۔ یہ طویل مدتی استحکام چیلنجنگ ہے، اور کسی کو مقناطیسی ڈیزائن کو ٹریکنگ کوڈز کے ساتھ جوڑنا چاہیے۔ طویل مدتی استحکام کو سمجھنے اور بہتر بنانے کے لیے تجزیاتی ٹولز۔ الیکٹران اسٹوریج بجتوں کے معاملے میں، تابکاری ڈمپنگ ہزاروں موڑ کی ترتیب پر الیکٹرانوں کو ڈیزائن کے مدار میں واپس کرنے والی غیر ہیملٹنین حرکت فراہم کرکے استحکام کے مسئلے کو آسان بناتی ہے۔ تابکار فوٹون توانائیوں میں اتار چڑھاؤ سے پھیلاؤ کے ساتھ، ایک توازن بیم کی تقسیم تک پہنچ جاتا ہے۔ ان میں سے کچھ موضوعات پر مزید تفصیلات کے لیے دیکھا جا سکتا ہے۔ جیرارڈ کے او نیل (موجد) سنکروٹرون تابکاری کی سہولیات کی فہرست حوالہ جات بیرونی روابط ایکسلریٹر فزکس انرجی اسٹوریج