कणवेगवर्धक

कणवेगवर्धक : विद्युत्‌ भारित आणवीय कण किंवा मूलकण यांना उच्च वेग प्राप्त करून देणारी प्रयुक्ती. या प्रयुक्तीच्या साहाय्याने इलेक्ट्रॉन,प्रोटॉन, तसेच ड्यूटेरॉन, आल्फा कण आणि अधिक भाराचे आयन (विद्युत्‌ भारित अणू किंवा रेणू) यांसारख्या धन वा ऋणविद्युत्‌ भारित कणांना उच्च ऊर्जा देता येते. अणुकेंद्रीय भौतिकी आणि मूलकण यांच्या संबंधीच्या संशोधनात या प्रयुक्तीचा अतिशय उपयोग होतो.

अणुविघटनाकरिता (अणू फोडण्याकरिता) नैसर्गिक आल्फा कणांचा उपयोग लॉर्ड रदरफर्ड यांनी १९१९ मध्ये केला.तेव्हापासून अधिकशक्तिमान कण प्रयोगशाळेत उत्पन्न करता आले तर त्यांचा उपयोग अणुकेंद्राच्या रचनेचे गूढ उकलण्यासाठी करतायेईल ही कल्पना दृढ झालीहोती. परंतु कुलंब वर्चस्‌ अवरोध (कमी ऊर्जा असलेल्या कणांना पुढे जाण्यास रोध करणारे उच्च वर्चस्‌म्हणजे विद्युत्‌ स्थिती असलेले क्षेत्र)ओलांडून जावयाचा तर प्रोटॉन किंवा आल्फा कण पुरेसे वेगवान करण्यास ठराविक उच्च प्रतीचाविद्युत्‌ दाब हवा उदा., लिथियमासारख्या हलक्याअणुकेंद्रामध्ये प्रवेश करण्यासाठी प्रोटॉनासाठी सुद्धा २० लक्ष व्होल्ट या प्रतीचाविद्युत्‌ दाब हवा. एवढा मोठा विद्युत्‌ दाब प्रयोगशाळेत साध्य करणेत्याकाळी शक्य नव्हते. पण ð पुंजयामिकीनुसार गॅमो यांनीअवरोधाच्या उंचीपेक्षा कमी ऊर्जेचा कण असला तरीसुद्धा अवरोध पार्यता (अवरोधांतूनपार जाण्याची क्षमता) संभवनीय आहे हेदाखवून दिले. म्हणजे कमी अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) असलेल्या अणुकेंद्राच्याविघटनासाठी एक ते दोन लक्षव्होल्ट इतका दाबही पुरेसा होतो, त्यामुळे इतका दाब उत्पन्न करणारे पहिले प्रपाती जनित्र (उच्च विद्युत्‌ दाबनिर्माण करणारे यंत्र)तयार करण्यास कॉकक्रॉफ्ट व्होल्ट ऊर्जेच्या प्रोटॉन कणांचा भडिमार करून पहिले कृत्रिम अणुविघटन त्यांनी साध्य केले :Li7, (p, a ) a, येथे Li7 हा लिथियम(७) समस्थानिक (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेला त्याच मूलद्रव्याचा प्रकार) असून p आणि µ अनुक्रमे प्रोटॉन व आल्फा कण दर्शवितात.अशा विक्रिया दर्शविताना प्रथम मूळ मूलद्रव्य, कंसात भडिमार केलेला कण, नंतर उत्सर्जित कण व शेवटी कंसाबाहेर राहिलेला कण (वा मूलद्रव्य)अशा क्रमाने लिहितात. अशा तऱ्हेने सुरुवातीच्या वेगवर्धकामध्ये अतिरिक्त (उच्च निर्वात असलेल्या) नलिकेच्या अग्रांना उच्च दाब वापरण्याची पद्धतहोती ब्राइट, टूवे, लॉरिटसेन, व्हॅन डी ग्रॅफ इ. शास्त्रज्ञांनी अशा प्रकारचे वेगवर्धक बनविण्याचा प्रयत्‍न केला. मात्र अशा तऱ्हेने उच्च दाबवापरण्यात विद्युत्‌ विसर्जनामुळे (वायूतून विद्युत्‌ प्रवाह वाहण्यामुळे) मर्यादा पडू लागली म्हणून ज्यामध्ये फार उच्च विद्युत्‌ दाब न वापरता पुनःपुन्हावेगवर्धनाच्या पद्धतीचा किंवा विद्युत्‌ कर्षुकीय (चुंबकीय) प्रवर्तनाचा (विद्युत्‌ कर्षुकीय क्षेत्रात बदल होत असताना त्यात ठेवलेल्या संवाहकात विद्युत्‌वर्चस्‌ किंवा विद्युत्‌ प्रवाह निर्माण करण्याचा) उपयोग होईल असे नवीन वेगवर्धक तयार झाले. विडरो (१९२८) आणि लॉरेन्स व स्लोन (१९३०)यांनी प्रथम अशा प्रकारचे वेगवर्धक तयार केले, परंतु त्यांचा त्याकाळी विशेष महत्‍त्वाच्या संशोधनासाठी उपयोग झाला नाही.

सायक्लोट्रॉनाची (चक्री वेगवर्धकाची) कल्पना थिबो, लॉरेन्स, त्सिलार्ड इ. अनेक शास्त्रज्ञांना स्वतंत्रपणे सुचली होती. पण लहान नमुन्यापासूनप्रत्यक्ष कार्यक्षम झालेल्या मोठमोठ्या सायक्लोट्रॉनांची प्रगती लॉरेन्स व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी बर्कली येथे केलेल्या कार्यामुळेच शक्य झाली. १९२९मध्ये लॉरेन्स यांनी कर्षुकीय क्षेत्राचा उपयोग विद्युत्‌ भारित कण वर्तुळाकार मार्गाने फिरविण्याकरिता केला. सायक्लोट्रॉनाच्या वृत्तचित्तीच्या(दंडगोलाच्या) आकाराच्या पेटीच्या दोन अर्धांमध्ये असलेल्या विद्युत्‌ क्षेत्रामुळे तीत वर्तुळाकार फिरत असलेल्या कणांचे प्रत्येक खेपेला वेगवर्धन होते.पण कणांना जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगाइतका (आप्रकाशीय, रिलेटिव्हिस्टिक) वेग देण्यामध्ये सायक्लोट्रॉनाच्या उपयोगाला मर्यादा पडते. याअडचणींचे निवारण नंतर वेक्सलर आणि मॅकमिलन यांनी कलास्थैर्य (कणाच्या आवर्तनाचेआणि विद्युत्‌ क्षेत्राच्या दर सेकंदास होणाऱ्या कंपनसंख्येचे एकमेकांबरोबर असणे या संज्ञेचे अधिक स्पष्टीकरण खाली केले आहे) या तत्त्वाचाउपयोग करून केले व ७ × १०८ इलेक्ट्रॉन व्होल्ट (ev १ इलेक्ट्रॉन व्होल्ट = १.६ × १०-१२ अर्ग) ऊर्जा असलेले अतिवेगवान प्रोटॉन मिळविले. याकरिताफटीमधून जाणारा कण आणि तेथे असणारा दाब यांमध्ये कलांतर (अवस्थांतील फरक) नसणे या योजनेचा त्यांनी उपयोग केला. यापुढील विकासाचा टप्पाक्रिस्टोफिलॉस (१९५०) व स्वतंत्रपणे कूराँ, लिव्हिंगस्टन आणि स्‍नायडर (१९५२) यांनी गाठला. त्यांच्या तीव्र संकेंद्रीकरणाच्या (एका बिंदूत एकत्रआणण्याच्या) पद्धतीमुळे ३ × १०१० ev (किंवा ३० Bev- बिलियन इलेक्ट्रॉन व्होल्ट) ऊर्जेचे कण मिळणे शक्य झाले आहे. अशा वेगवर्धक प्रयुक्तींचा विस्तारअवाढव्य (लांबी किंवा त्रिज्या सु.१.५ किमी., क्षेत्रफळ २.५ – ४ चौ.किमी.) झाला आहे. सध्या तर बांधण्याच्या खर्चामुळेच फक्त वेगवर्धनाला मर्यादा पडत आहे असे दिसते.

सायक्लोट्रॉन व त्यापासून विकसित झालेले वेगवर्धक इलेक्ट्रॉन खेरीज इतर हलक्या कणांना वेग देतात. १९४० मध्ये कर्स्ट यांनी विद्युत्‌ कर्षुकीय प्रवर्तनाचाउपयोग इलेक्ट्रॉनांना कित्येक Mev (मिलियन इलेक्ट्रॉन व्होल्ट) ऊर्जा देण्यात केला ते यंत्र म्हणजे बीटाट्रॉन किंवा इलेक्ट्रॉन वेगवर्धक होय. याचबीटाट्रॉन तत्त्वाचा उपयोग आणि उच्च कंप्रतेच्या (दर सेकंदास होणाऱ्या कंपन संख्येच्या) विद्युत्‌ वेगवर्धनाचा समकालिक संयोग यांमधूनसिंक्रोट्रॉनाचा विकास झाला.

इलेक्ट्रॉन वेगवर्धनासाठी लागणारे इलेक्ट्रॉन तप्त तारेपासून मिळतात. इतर वेगवर्धकांत आयनांचा म्हणजे विद्युत्‌ भारित कणांचा उपयोग करतात.निरनिराळ्या अणूंच्या आयनांसाठी अनेक निर्वात विद्युत्‌ विसर्जन नलिकांचा विकास झाला आहे. हायड्रोजन वायूवर इलेक्ट्रॉनांचा भडिमार केल्यास त्यांचेआयनीकरण होते (आयन निर्माण होतात) व प्रोटॉन निर्माण होतात तेच पुढे विद्युत्‌ क्षेत्राने आकर्षिले जाऊन त्यांना प्रवेग मिळतो. अशा प्रवेगित आयनांचा प्रवाहकाही मिलिअँपिअर इतका असतो.

वेगवान कणांचा उपयोग, ऊर्जेची एकके, वेगवर्धकांचे वर्गीकरण : प्रोटॉन, आल्फा कण, कार्बन अणुकेंद्र वगैरे वेगवर्धित अणुकेंद्रे अल्प-ऊर्जा अणुकेंद्रीयसंशोधनाकरिता वापरता येतात. वेगवर्धित इलेक्ट्रॉनांपासून मिळणाऱ्या प्रखर क्ष-किरणांचा उपयोग अणुकेंद्रीय संशोधन तसेच वैद्यक व उद्योगधंदे यांमध्ये होतो. उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनांचा उपयोग कणरचना, उच्च-ऊर्जा प्रोटॉनांचा उपयोग विशेषतः कणविज्ञान, मेसॉनविज्ञान (मेसॉन यामूलकणांसंबंधीचे विज्ञान) व अणुकेंद्ररचना यांच्या तसेच जीवशास्त्र व वैद्यक यांच्या संशोधनाकरिता होऊ शकतो.

अणुविज्ञान व अणुकेंद्रविज्ञान यांमध्ये इलेक्ट्रॉन व्होल्ट (ev) हे ऊर्जेचे एकक वापरतात. एका इलेक्ट्रॉनाला एक व्होल्ट दाबामुळेमिळणारी गतिज ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन व्होल्ट होय. हे एकक लहान आहे म्हणून Kev = १०३ ev Mev = १०६ ev Bev = १०९ ev हीएकके वापरात आहेत. व्यावहारिक ऊर्जेचे एकक जूल किंवा वॉट-सेकंद (= व्होल्ट अँपिअर सेकंद) हे आहे. याचा कोट्यांश म्हणजेअर्ग = १०-७ वाटॅ-सेकंद. १ Mev = १.६ × १०-६ अर्ग. कणांची वस्तुमानेसुद्धा सापेक्षता तत्त्वाप्रमाणे तत्तुल्य ऊर्जेच्या स्वरूपातदर्शवितात (m वस्तुमान = mc2 ऊर्जा, c म्हणजे प्रकाशाचा वेग). १ आणवीय वस्तुमान एकक ~ ९३१ Mev. इलेक्ट्रॉनाचे वस्तुमान०.५११०१ Mev इतके येते. याप्रमाणे प्रोटॉनाचे वस्तुमान सु. ९३८ Mev व न्यूट्रॉनाचे ९४० Mev धरण्यास हरकत नाही. मागीलपृष्ठावरील कोष्टकामध्ये निरनिराळया वेगवर्धकांचे वर्गीकरण दिले आहे. या कोष्टकात e इलेक्ट्रॉन, P प्रोटॉन, d ड्यूटेरॉन, %आल्फा कण, C12 कार्बन (१२), O16 ऑक्सिजन (१६), A आयनाचा द्रव्यमानांक % (न्यूट्रॉन व प्रोटॉन यांची एकूण संख्या) आणि मेह-मेगॅहर्ट्‌झ (दशलक्ष हर्ट्‌झ, कंप्रतेचे एकक) दर्शवितात.

वर्चस्‌ पतन वेगवर्धक : कॉकक्रॉफ्ट-वॉल्टन प्रपाती जनित्र : कॉकक्रॉफ्ट आणि वॉल्टन यांनी वर्चस्‌ संवर्धनाकरिता ग्राइनआखरयांनी १९२० साली सुचविलेल्या मंडलाचा उपयोग केला. या योजनेप्रमाणे धारित्र (विद्युत्‌ भार साठवणारे साधन) व एकदिशकारक(प्रत्यावर्ती म्हणजे उलटसुलट दिशेने वाहणाऱ्या विद्युत्‌ प्रवाहाचे एकाच दिशेने वाहणाऱ्या प्रवाहात रूपांतर करणारे साधन) वापरून २, ४, ८ … या पटींत वर्चस्‌ संवर्धन करणे शक्य होते.

आ. १ (अ) मध्ये कॉकक्रॉफ्ट वेगवर्धकाची सर्वसाधारण योजना दाखविली आहे आणि (आ) मध्ये वर्चस्‌ संवर्धन कसे होते ते दर्शविले आहे. धारित्रांच्या डावीकडच्यामालिकेतून प्रत्यावर्ती प्रवाह वर जातो आणि सर्व एकदिशकारकांना पोहोचून उजव्या बाजूच्या धारित्रामधून जमिनीस मिळतो. एकसरी (एकापुढे एक जोडलेल्या)एकदिशकारक मालिकेत एकमार्गी सरळ प्रवाह वाहतो. V पाशी असलेल्या अग्रातून जेव्हा प्रवाह वाहत नसतो तेव्हा उजवीकडील सर्व धारित्रांचा दाब स्थिर असून त्याचे मूल्यआकृतीत दाखविल्याप्रमाणे 2v, 4v असे असते. डावीकडच्या धारित्रांवरील दाब 0 – 2v, 2v – 4v वगैरे मर्यादांमध्ये बदलत असतो. V हा दाब सुरुवातीच्या v दाबाच्या चौपटवाढला आहे. कॉकक्रॉफ्ट-वॉल्टन यांनी पहिल्या प्रयोगात ८०० Kev ऊर्जेचे प्रोटॉन उत्पन्न केले (विद्युत्‌ दाब = ८०० kv = ८ लक्ष व्होल्ट). नवीन तऱ्हेच्या उच्च वर्चस्‌एकदिशकारकाच्या उपयोजनेने व उच्च वर्चस्‌ भारित गोल उच्च दाबाच्या नायट्रोजन संग्राहकामध्ये बंदिस्त करून ४ Mev ऊर्जेचे कण मिळणे शक्य झाले आहे. या वेगवर्धकामध्येकोणतेही भाग गतिमान नसल्यामुळे अल्प-ऊर्जेकरिता तो वापरण्यास सोईचा असतो.

स्थिर दाबाचा पण बराचसा मोठा असा आयनांचा प्रवाह या वेगवर्धकाद्वारे मिळतो. त्याचा उपयोग अल्प-ऊर्जा अणुकेंद्रविज्ञानात होतो. विशेषतः न्यूट्रॉन विक्रियांसाठीलागणारे उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन (०.५ ते १० Mev), २०० Kev ऊर्जेचे ड्यूटेरॉन वापरून H2 (d, n) He3 आणि H3 (d, n) He4या विक्रियांपासून मिळू शकतात. ह्या वेगवर्धकाचाउपयोग उच्च-ऊर्जेच्या वेगवर्धकामध्ये विशिष्ट ऊर्जेच्या कणांचे अंतःक्षेपण (आत फेकण्याची क्रिया) करण्यासाठी होतो.

स्थिर विद्युत्‌ किंवा व्हॅन डी ग्रॅफ जनित्र: तत्त्वतः सर्वांत साधा वेगवर्धक म्हणजे विसर्जन नलिकेला उच्च दाब उत्पन्न करणारे स्थिर विद्युत्‌ यंत्र जोडणे हा होय. अशाप्रकारचे आधुनिक यंत्र म्हणजे व्हॅन डी ग्रॅफ जनित्र. कोणत्याही विद्युत्‌ भारित संवाहकाचा (विद्युत्‌ वाहून नेणाऱ्या धातूचा) दुसऱ्या पोकळ संवाहकाच्या अंतर्भागाशी स्पर्श झालाकी, त्याचा सर्व विद्युत्‌ भार या दुसऱ्या संवाहकाच्या बाह्य पृष्ठावर पसरतो, मग दुसऱ्या संवाहकाचे वर्चस्‌ काहीही असो, हे याचे साधेतत्त्व आहे. आ. २ मध्ये अशा प्रकारचे जनित्र दाखविले आहे. एक फिरती पट्टिका भारक्षेपक अग्रामुळे विद्युत्‌ भारित होते. ही पट्टिकाएका मोठ्या पोकळ गोलाकृती संवाहकामध्ये सरकते. तेथे भारग्रासक (भार शोषणाऱ्या) अग्रांमुळे हा विद्युत्‌ भार गोलाच्या पृष्ठभागीपसरतो. हा गोल म्हणजे वेगवर्धक नलिकेचे उच्च वर्चस्‌ असलेले टोक होय. हे सर्व उपकरण नायट्रोजन-फ्रीऑन मिश्रण-पूरितवायुसंग्रहाकामध्ये ठेवलेले असते. या वायूचा दाब पुरेसा असला की, सर्व प्रकारच्या ठिणगी विसर्जनाला प्रतिबंध होतो आणिआगीपासूनही संरक्षण होते. या जनित्रापासून आता १० Mev पर्यंत ऊर्जेचे कण मिळू शकतात. विद्युत्‌ दाबात ०.१ % पेक्षा जास्तफेरबदल होत नाही. अशा जनित्राबरोबर पृथःकरण (वेगवेगळा करणारा) चुंबक वापरून सम-ऊर्जा कण उपलब्ध होतात. प्रवाहसाधारणपणे १०० mA (एकदशलक्षांश अँपिअर) श्रेणीचा असतो. आधुनिक एकास एक जोडलेल्या यंत्रामध्ये सुरुवातीसवापरलेल्या ऋण आयनांचे धन आयनांमध्ये रूपांतर करण्याची प्रयुक्ती असते. त्यामुळे दोन्ही वेळा वेगवर्धन होऊन २० Mev ऊर्जेपर्यंत प्रोटॉन मिळू शकतात.

व्हॅन डी ग्रॅफ जनित्रापासून मिळणाऱ्या वेगवर्धित प्रोटॉन, ड्यूटेरॉन, आल्फा इ. कणांचा तसेच कार्बन (१२), नायट्रोजन(१४), ऑक्सिजन (१६) इ. अणुकेंद्रांचा उपयोग प्रोटॉन-प्रोटॉन प्रकीर्णन (विखुरणे), अणुकेंद्रीय विक्रिया, कुलंब क्षोभन (क्षुब्धकरणे) वगैरे संशोधनासाठी होतो. अशा जनित्रापासून कमाल मर्यादेपर्यंत कोठल्याही ऊर्जेचे सम-ऊर्जा कण मिळू शकतात.१७-१८ Mev पर्यंत सम-ऊर्जा न्यूट्रॉनांचे उत्पादन तसेच इलेक्ट्रॉनांचे वेगवर्धन यांसाठीही ह्या जनित्राचा उपयोग होतो.

सायक्लोट्रॉन: (चक्री वेगवर्धक). लॉरेन्स यांच्या सायक्लोट्रॉनामध्ये दोन पोकळ अर्धवर्तुळाकृती चपट्या पेट्या असतात.ह्या पेटया D या आकाराच्या असल्यामुळे त्यांना नुसते ‘डी ’ असेही म्हणतात.या दोन पोकळ ‘डी ’ चे व्यास समांतर असून मध्येफट असते. या दोन ‘डी ’ रेडिओ कंप्रतेच्या (सु. १० किलोहर्ट्‌झ ते १,००,००० मेगॅहर्ट्‌झ कंप्रतेच्या) आंदोलकाच्या (एकदिश विद्युत्‌प्रवाहाचे ठराविक कंप्रतेच्या आंदोलनांमध्ये रूपांतर करणाऱ्या साधनाच्या) दोन अग्रांना जोडलेल्या असतात व त्यामुळे या दोनअर्धवर्तुळांतील फटींमध्ये विद्युत्‌ क्षेत्र असते. आयन उद्‌गम या अर्धवर्तुळाच्या बरोबर मध्यावर असून त्यातून निघणारे आयन ‘डी’ नालंब असणाऱ्या कर्षुकीय क्षेत्रामुळे अर्धवर्तुळाकार मार्गाने फिरतात (फट ओलांडताना फक्त विद्युत्‌ क्षेत्रामुळे आयनांचे वेगवर्धन होते). प्रत्येक वेगवर्धनाबरोबर या अर्धवर्तुळाचा व्यास वाढत जातो (आ. ३). विद्युत्‌ क्षेत्राची दिशा एकदा एका ‘डी’ कडे व नंतर दुसऱ्या ‘डी’कडे अशी उलटसुलट बदलत असते. एवढ्या वेळात आयनांचा बरोबर एक अर्धवर्तुळ मार्ग पुरा होतो.

सायक्लोट्रॉनाचे कार्य व्यवस्थित होण्यासाठी आयन जेव्हा जेव्हा फटीमध्ये येईल तेव्हा तेव्हा वर्चोभेद (विद्युत्‌ स्थितीमधीलफरक) जास्तीत जास्त व योग्य दिशेला असला पाहिजे. यासाठी विद्युत्‌ क्षेत्राचा आवर्तकाल (एका आवर्तनास लागणारा काल) Tअसल्यास आयनांनी T/2 वेळात अर्धवर्तुळाकृती मार्ग आक्रमिला पाहिजे. म्हणजेच मार्गाची त्रिज्या r व आयनाचा वेग v असल्यास,

येथे w म्हणजे रेडिओ कंप्रता विद्युत्‌ क्षेत्राची वर्तुळीय कंप्रता होय. आता कर्षुकीय क्षेत्रातील विद्युत्‌ भारित कणाच्या वर्तुळाकार गतीचे सूत्र

 

असे आहे. येथे B = कर्षुकीय क्षेत्र e = स्थिर विद्युत्‌ एककामध्ये मोजलेला आयनांचा विद्युत्‌ भार c = प्रकाशवेग, Mv = आयनांचा संवेग (वस्तुमान आणि वेग यांचा गुणाकार). म्हणूनयोग्य वेगवर्धन होण्यासाठी विद्युत्‌ क्षेत्राची वर्तुळीय कंप्रता (म्हणजे कोनीय वेग)

ω	=	Be
		mc

 

असावयास हवी. हे सायक्लोट्रॉनाचे मूलभूत समीकरण होय. येथे m हे सापेक्षी वस्तुमान आहे. या समीकरणात r व v नसल्यामुळे वेगवर्धनाबरोबर v व r वाढत असतानाही आणि B व w स्थिरठेवूनसुद्धा आयन योग्य वेळी फटीमध्ये येतात. कमाल वेग मिळाल्यावर म्हणजेच आयनांच्या मार्गाची त्रिज्या कमाल झाल्यावर विद्युत्‌ विचालकाच्या (वळविणाऱ्या साधनाच्या)साहाय्याने कण यंत्राच्या बाहेर ढकलले जातात.

e
m

चे जवळजवळ एकच मूल्य असणाऱ्या निरनिराळ्या कणांचे (उदा.,H²⁺, He⁴⁺⁺) एकाच विवक्षित कंप्रतेने व एकाच कर्षुकीय क्षेत्राने वेगवर्धन होऊ शकते. याप्रमाणे कार्बन, नायट्रोजन वगैरे आयनांना वेग देतायेतो. सायक्लोट्रॉनाने दिलेल्या ऊर्जेशी सममूल्य ऊर्जा V या वर्चसानेही मिळेल. m स्थिर असेल तर

V व्होल्ट=B2R2	e	× 16.7×16.7×10-20
	m

 

येथे e हा स्थिर विद्युत्‌ एककात मांडला आहे व R ही बाहेर पडताना असलेली आयनमार्गाची त्रिज्या सेंमी. मध्ये आहे. वेगवर्धन रेडिओ कंप्रता व्होल्टेजवर अवलंबून न राहताते सायक्लोट्रॉनाच्या आकारावर अवलंबून असते. १.५ मीटरच्या सायक्लोट्रॉनामधून १० Mev ऊर्जेचे प्रोटॉन, २० Mev ऊर्जेचे ड्यूटेरॉन व ४० Mev ऊर्जेचे आल्फा कण प्राप्तहोतात. अर्थात ह्या सर्वांसाठी एकच कंप्रता w वापरली, तर प्रोटॉनासाठी

B
2

 

कर्षुकीय क्षेत्र वापरणे भाग आहे. न्यूट्रॉन शलाका उत्पन्न करणे व अणुकेंद्रीय विक्रियांचा अभ्यास यांसाठी सायक्लोट्रॉनाचा उपयोग होतो. तसेच किरणोत्सर्गी (कण वा किरण बाहेर टाकणारे) समस्थानिकउत्पन्न करण्यासाठी सायक्लोट्रॉनाने प्रवेगित केलेले कणही उपयोगात आणता येतात. कणाचा वेग आप्रकाशीय मर्यादेप्रत पोहोचला की,

 (c = प्रकाशवेग m0 = गतिविरहित कणाचे वस्तुमान). v वाढेल त्याप्रमाणे w कमी कमी होत गेला पाहिजे किंवा B चे मूल्य वाढत गेले पाहिजे. परंतु अशाकर्षुकक्षेत्राने आयन शलाकेचे विकेंद्रीकरण होत असल्याने B वाढविणे शक्य नाही. म्हणून व्होल्टेज व फटीमध्ये येणारा कण यांमध्ये कलांतर उत्पन्न होईल व वेग वाढणारनाही (याच कारणाने इलेक्ट्रॉनाचा वेग वाढविण्याकरिता सायक्लोट्रॉन गैरसोईचा आहे). याकरिता कलास्थैर्य राखण्याची योजना आवश्यक ठरते व हे कसे साध्य होते तेखाली सांगितले आहे.

कलास्थैर्य: कोणत्याही अनेक टप्प्यांच्या वेगवर्धनाच्या योजनेत कणाला योग्य काळी क्रमशः संवेग मिळणे आवश्यक असते. योग्य अशा कर्षुकीय व विद्युत्‌ क्षेत्रांच्यायोजनेने कण आपोआपच योग्य वेळी वेगवर्धन फटीपाशी येतात व त्यावेळी त्यांस मिळणार्‍या संवेगामुळे कणांच्या आवर्तनांचे आणि विद्युत्‌ क्षेत्राच्या कंप्रतेचे अनुस्पंदन (दोनकंप्रता एकमेकींबरोबर होणारी अवस्था) कायम रहाते. हेच कलास्थैर्याचे तत्त्व होय. स्थिर कर्षुकीय क्षेत्रामध्ये वर्तुळाकार मार्गाने फिरणारा कण प्रत्यावर्ती विद्युत्‌ क्षेत्रअसलेल्या फटीपाशी आला आणि फट ओलांडताना विद्युत्‌ क्षेत्र शून्य झाले असे समजल्यास कणाची कक्षा बदलणार नाही व त्याचा वेगही स्थिर राहील. या वेळी कणाचीऊर्जा, कंप्रता आणि कक्षेची त्रिज्या ही समकालिक आहेत असे म्हणतात.

आता दुसरा एक कण (आ. ४) या फटीशी समकालिक कणाच्या आधी t1 या काली आला, तर फट ओलांडताना त्याला संवेग मिळेल व ऊर्जा वाढेल म्हणून सापेक्षीयऊर्जा E = mc² आणि w यांचे सूत्र

w=	Be	=	Bec
	mc		E

 

असे मिळेल. E वाढली की w कमी होतो. पुढील वेळी तोच कण समकालिक कणापेक्षा जरा उशीरा म्हणजे t₂ या काली फटीशी येईल. पुन्हा ऊर्जावर्धन होऊन w आणखी कमी होईल व हाकण समकालिक कणापेक्षा अधिकाधिक उशीरा येत राहील. कालांतराने हा कण विद्युत्‌ क्षेत्र शून्य असताना फट ओलांडेल. तरीही समकालिक कणापेक्षा जास्त ऊर्जा असल्याने व म्हणून wकमी असल्यामुळे काही फेऱ्यांनंतर हा कण विद्युत्‌ क्षेत्र उलट दिशेने असता फट ओलांडू लागेल. अर्थातच वेग कमी होऊन व w वाढून कलांतर कमी होत जाईल व शून्यकलांतराप्रत येईल. अशा तऱ्हेने कणांची कला वर्तुळीय कंप्रता w, ऊर्जा आणि त्रिज्या समतोलित कलेच्या आसपास दोलायमान होत राहतील. कणांच्या समूहाचा एक पुंजकातयार होऊन त्यातील प्रत्येक कण पुंजक्यांमध्ये मागेपुढे फिरत राहील आणि एक आवर्तन पुरे होण्यास त्याचे कित्येक सहस्र फेरे होतील.

या परिस्थितीचा फायदा घेऊन कर्षुकीय क्षेत्र हळूहळू वाढवून कंप्रता w कायम ठेवता येते. इलेक्ट्रॉनासारख्या आप्रकाशीय वेग असलेल्या कणांच्या बाबतीत कक्षात्रिज्यास्थिर कक्षेच्या आसपास दोलायमान असताना संवेग वाढत जातो, हे सिंक्रोट्रॉनाचे तत्त्व होय. उलट कर्षुकीय क्षेत्र स्थिर ठेवून हळूहळू विद्युत्‌ क्षेत्र कंप्रता कमी केली असताकणाची ऊर्जा वाढेल त्याप्रमाणे मार्गांची त्रिज्या वाढत जाईल, हे सिंक्रोसायक्लोट्रॉनाचे तत्त्व होय. कर्षुकीय क्षेत्र व विद्युत्‌ क्षेत्र कंप्रता ही दोन्ही हळूहळू बदलून कक्षात्रिज्याकायम ठेवता येते, ही पद्धत प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉनामध्ये वापरतात.

सिंक्रोसायक्लोट्रॉन: वेक्सलर आणि मॅकमिलन यांनी प्रथम कलास्थैर्याचे तत्त्व प्रतिपादिले. कर्षुकीय क्षेत्र स्थिर ठेवून व विद्युत्‌क्षेत्र कंप्रता हळूहळू बदलून प्रोटॉन, ड्यूटेरॉन आणि आल्फा कण यांची ऊर्जा हवी तेवढी वाढवता येते. अशा जनित्राला संस्कारितकंप्रता-चक्री वेगवर्धक (म्हणजे फ्रिक्वेन्सी मॉडयुलेटेड सायक्लोट्रॉन – थोडक्यात एफ. एम. सायक्लोट्रॉन) असे म्हणतात.

सायक्लोट्रॉन आणि सिंक्रोसायक्लोट्रॉन यांच्या कार्यपद्धतीमध्ये मुख्य फरक पुढीलप्रमाणे आहे : (१) सायक्लोट्रॉनामध्ये जास्तीतजास्त ऊर्जा प्राप्त होईपर्यंत कणाचे सु. १०० फेरे होतात सिंक्रोसायक्लोट्रॉनामध्ये असे फेरे एक लक्षपर्यत होतात. ‘डी ’ मधील विद्युत्‌वर्चस्‌ मिळणाऱ्या कमाल ऊर्जेच्या एक लक्षांश असले तरी पुरते. (२) सिंक्रोसायक्लोट्रॉनामध्ये कंप्रतेचे संस्करण (येथे कंप्रतेच्याविशिष्ट लक्षणामध्ये दुसऱ्या कंप्रतांच्या काही विशिष्ट लक्षणांनुसार बदल करणे) चालू असते. (३) आयन प्रवाह सतत न राहतापुंजस्वरूपात मिळतो. उदा., सेकंदास १०० याप्रमाणे ५० मायक्रोसेकंद (५० × १०^-६ सेकंद) कालावधीचे आयनपुंज मिळतात.रेडिओ कंप्रता आंदोलक स्रोतामध्ये बदलणारे धारित्र घालून योग्य अशा साधनाने त्याची धारणा (विद्युत्‌ भार व विद्युत्‌ दाब यांचेगुणोत्तर) नियतकाली बदलल्यामुळे संस्कारित कंप्रता प्राप्त होते.

कॅलिफोर्निया विद्यापीठाच्या ४६७ सेंमी. च्या एफ. एम. सायक्लोट्रॉनामधून २०० Mev ऊर्जेचे डयूटेरॉन व ४०० Mev ऊर्जेचेआल्फा कण प्राप्त झाले. वेगवान कण ‘डी’ च्या परिसराशी पोहोचेपर्यंत मूळची ११.५ मेगॅहर्ट्‌झ कंप्रता ९.८ मेगॅहर्ट्‌झ पर्यंत बदलते (कर्षुकाचे वजन सु. ४,००० टन, ‘डी ’विद्युत्‌ वर्चस्‌ १५ kv, कर्षुकीय क्षेत्र १५,००० गौस). या जनित्रापासून निघालेल्या कणांच्या भडिमाराने प्रथम अणुकेंद्राच्या विखंडन (दोन अगर तीनापेक्षा जास्त कणांचेउत्सर्जन होणाऱ्या) विक्रियेचा शोध लागला. ३९० Mev ऊर्जेचे आल्फा कण व ३४५ Mev ऊर्जेचे प्रोटॉन वापरून मेसॉनांची उत्पत्ती साधण्यात आली. यामुळेमेसॉनांसाठी विश्वकिरणांवर (अंतराळातून येणाऱ्या उच्च ऊर्जायुक्त किरणांवर) अवलंबून न राहता त्यांचा उपयोग अणुकेंद्रीय विक्रिया व अणुकेंद्र रचना यांच्याअभ्यासासाठी करता येऊ लागला व नवीन महत्त्वपूर्ण संशोधन शक्य झाले. कंप्रता संस्करणाऐवजी सायक्लोट्रॉनामध्ये विशिष्ट तऱ्हेचे कर्षुकीय क्षेत्र वापरून आप्रकाशीयवेगाचे कण मिळणे शक्य झाले आहे. अशा (ॲझिमथली व्हेरीएबल फिल्ड, ए. व्ही. एफ.) सायक्लोट्रॉनांमध्ये कोठल्याही r त्रिज्येच्या कक्षेवर कर्षुकीय क्षेत्राचे मूल्य स्थिर नसूनजास्त व कमी तीव्रतेच्या क्षेत्रांचे विभाग असतात. अशा क्षेत्रामुळे कणांचे संकेंद्रीकरण चांगले होऊन क्षेत्राचे माध्य मूल्य (सरासरी मूल्य) B वाढत्या त्रिज्येबरोबर वाढवता येते.यामुळे w स्थिर ठेवूनही आप्रकाशीय वेगाचे कण मिळू शकतात. या योजनेचा आणखी फायदा म्हणजे सामान्य सायक्लोट्रॉनाप्रमाणे एकाच ऊर्जेचे कण न मिळता कोठल्याहीइष्ट ऊर्जेचे कण मिळू शकतात. अशा त ऱ्हेचा २२५ सेंमी. चा ए. व्ही. एफ. सायक्लोट्रॉन भारतात कलकत्त्याजवळ बांधण्यात येणार असून तो १९७४ पर्यंत तयार होईल अशीअपेक्षा आहे. त्यापासून ६ ते ७ Mev प्रोटॉन, १२ ते ६५ Mev ड्यूटेरॉन व २५ ते १३० Mev आल्फा कण मिळतील.

बीटाट्रॉन: बीटाट्रॉन या नावाचा अर्थ इलेक्ट्रॉनवेगवर्धक असा आहे. यात इलेक्ट्रॉन निर्वात नलिकेच्या मध्यभागी वर्तुळकक्षेत फिरत राहतात. नलिकेच्या प्रतलाला(पातळीला) लंब असणारे कर्षुकीय क्षेत्र हळूहळू बदलत असते आणि विद्युत्‌ कर्षुकीय प्रवर्तन परिणामामुळे उत्पन्न होणाऱ्या विद्युत्‌ क्षेत्रामुळे इलेक्ट्रॉनांना प्रवेग मिळतो. (आ.५). r त्रिज्येच्या वर्तुळमार्गात इलेक्ट्रॉन फिरण्यासाठी लागणारे कर्षुकीय क्षेत्र B₀ पुढील सूत्राने मिळते :

e	B0 r = mv; (e स्थिर विद्युत्‌ एककात).
c

 

कर्षुकीय क्षेत्ररेषा मुख्यतः मध्य भागातील पोकळीमधून जातात. कक्षेच्या अंतर्भागी असणारे सरासरी क्षेत्र B असेल तर कक्षा त्रिज्या स्थिर रहाण्याकरिता पुढील समीकरण मिळते :

2	dB	=	dB0
	dt		dt

 

ही बीटाट्रॉनसाठी मूलभूत अट आहे. ही अट आप्रकाशीय वेगाच्या बाबतीतही खरी आहे. विशिष्ट तर्‍हेच्या ‘इलेक्ट्रॉन बंदूकी’च्या साहाय्याने सु. ५० Kev ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांचे अंतःक्षेपण होते. बीटाट्रॉन अटपुरी होईल अशा तर्‍हेने कर्षुकीय क्षेत्र वाढविण्यात येते व वर स्पष्ट केल्याप्रमाणे इलेक्ट्रॉनांचे ऊर्जावर्धन होते. यासाठी इलेक्ट्रॉनांचे पुष्कळ फेरे होतअसल्यामुळे इलेक्ट्रॉनशलाकेचे चांगले संकेंद्रीकरण होणे आवश्यक आहे. पुरेसा वेग मिळाल्यानंतर कर्षुकाशी निगडीत असणारे विद्युत्‌ धारित्र विसर्जित करूनकक्षात्रिज्या आकस्मिकरीत्यावाढविली जाते किंवा विचलित केली जाते आणि इलेक्ट्रॉनांचा लक्ष्यावर भडिमार होतो व क्ष-किरण निर्माण होतात. पातळ लक्ष्यामधून हे क्ष-किरण इलेक्ट्रॉन शलाकेच्या दिशेने शलाकारूपाने बाहेर पडतात. ३०० Mev ऊर्जेच्या बीटाट्रॉनमधून एक मीटर अंतरावरदर मिनिटास १५,००० राँटगेन (क्ष-किरणाच्या तीव्रतेचे एकक) इतक्या तीव्रतेचे क्ष-किरण उत्पन्न होतात. बीटाट्रॉना च्या ऊर्जेची ३०० Mev ही जवळजवळ मर्यादा आहे. वर्तुळाकार फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जेचा ऱ्हास त्यांच्या वर्तुळाकार गतीमुळे निर्माणहोणाऱ्या प्रारणाने (ऊर्जेच्या उत्सर्जनाने) होतो. हा ऱ्हास E4 या प्रमाणात म्हणजे ऊर्जेच्या चतुर्थघाताने वाढत जातो (प्रोटॉनाच्याबाबतीत हा ऱ्हास उपेक्षणीय असतो). हे प्रारण अंशतः दृश्य प्रकाशाच्या स्वरूपात असू शकते.

जनरल इलेक्ट्रिक रिसर्च लॅबोरेटरीच्या बीटाट्रॉनामधून १०० Mev ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होतात. त्यातील कर्षुकध्रुवपृष्ठाचा व्यास सु. १९३ सेंमी., कक्षाव्यास सु. १६८ सेंमी., कर्षुकाचे वजन १३० टन व कमाल कर्षुकीय क्षेत्र ४,००० ओर्स्टेडअसून अंतःक्षिप्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा ३० ते ७० Kev असते आणि बाहेर पडण्यापूर्वी त्यांचे सु. २.५ लक्ष फेरे होतात. लक्ष्यावरीलइलेक्ट्रॉन भडिमारामुळे उत्पन्न होणाऱ्या क्ष-किरणांचा उपयोग (γ, n), (γ, p) वगैरे प्रकाश-अणुकेंद्रीय विक्रिया तसेचबहुवारिकता (अनेक साध्या रेणूंच्या संयोगाने तयार झालेल्या प्रचंड रेणूंनी युक्त असलेले संयुग तयार होणे), प्रारणहानी इ. ⇨घनअवस्थाभौतिकीच्या अभ्यासातही होतो. बाहेर पडलेले इलेक्ट्रॉन तसेच तीव्र क्ष-किरण यांचा वैद्यकीय उपचारासाठीउद्योगधंद्यात उपयोग होतो.

तुर्भे येथील भाभा अणु-संशोधन केंद्रात ५ Mev ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉन निर्माण करणारा बीटाट्रॉन तयार करण्यात आलेला असूनत्यात विद्युत्‌ कर्षुकीय प्रवर्तनाच्या तत्त्वाचा उपयोग करण्यात आलेला आहे. प्रवेगित इलेक्ट्रॉनाचा उपयोग ९० अर्धकोन असणाऱ्याशंकूच्या स्वरूपात क्ष-किरण उत्पन्न करण्यासाठी करण्यात येतो. हे उपकरण सर्वस्वी भारतात बनविण्यात आलेले आहे. यातीलकर्षुकाचे वजन २२५ किग्रॅ. असून त्याच्या ध्रुवांचा व्यास २७.४ सेंमी. आहे. या कर्षुकाकरिता दोन किलोवॉट शक्ती लागते. यातील  कक्षेचा व्यास १२ सेंमी. आहे. या उपकरणापासून मिळणारे प्रारण ३० मिलिक्यूरी रेडियमाच्या किरणोत्सर्गाइतके असते.

पुणे विद्यापीठाच्या भौतिकी विभागात १० Mev ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉन निर्माण करणारा मायक्रोट्रॉन नावाचा वेगवर्धक नोव्हेंबर १९७४ मध्ये बसविण्यात आला. अमेरिकेच्याअणुऊर्जा मंडळाने हा वेगवर्धक भेट दिलेला असून भौतिकी, रसायनशास्त्र, वैद्यक व कृषी या विषयांतील विविध संशोधनाकरिता त्याचा उपयोग करण्यात येणार आहे.

सिंक्रोट्रॉन : इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन, प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन :सिंक्रोसायक्लोट्रॉनाच्या कर्षुक ध्रुवाच्या पृष्ठाचा व्यास आयनकक्षेच्याव्यासाएवढा प्राप्त होणारा कमाल संवेग P = eBR/c किंवा pc = eBR. व्यवहारात B ची मर्यादा २० × १०३ गौस असते. म्हणून ७००Mev ऊर्जेच्या प्रोटॉनापेक्षा अधिक ऊर्जा पाहिजे असेल, तर अशा जनित्राची किंमत परवडणारी नसते, म्हणून वर्तुळाकार नलिकायुक्तजनित्र फायदेशीर ठरते व ते म्हणजे सिंक्रोट्रॉन होय. यामध्ये फिरणाऱ्या आयनाच्या कक्षेची त्रिज्या स्थिर असते हे त्याचे वैशिष्ट्यआहे. आवश्यक ते कर्षुकीय क्षेत्र (नलिकेच्या भागापुरते) नलिकेच्या प्रतलास लंब दिशेने लावलेले असते आणि वेगवर्धक विद्युत्‌ क्षेत्रवर्तुलमार्गात एक किंवा अनेक खंडांमध्ये लावलेले असते. इलेक्ट्रॉनाचा वेग २-३ Mev या ऊर्जेशी संबंधित असलेल्या वेगापासूनजवळजवळ प्रकाशवेगाइतका असतो. म्हणून विद्युत्‌ क्षेत्राची कंप्रता स्थिर ठेवून वाढत्या ऊर्जेबरोबर फक्त कर्षुकीय क्षेत्र वाढवूनकक्षात्रिज्या स्थिर ठेवता येते. ही इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉनाची कार्यपद्धती होय.

आ. ६ मध्ये इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन दर्शविला आहे. अमेरिकेतील मॅसॅच्यूसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्‍नॉलॉजी येथील सिंक्रोट्रॉनकर्षुकाचे वजन ५० टन आहेआणि रेडिओ कंप्रता ४६.५ मेगॅहर्ट्‌झ आहे. कक्षेची त्रिज्या सु. एक मीटर असून सुरुवातीस ८० Kev ऊर्जाअसलेल्या अंतःक्षिप्त इलेक्ट्रॉनाची ऊर्जा बीटाट्रॉनकार्यपद्धतीने वाढून ७ Mev होते व पुढे सिंक्रोट्रॉन पद्धतीने ३३० Mev पर्यंत जाते.

प्रोटॉन अतिआप्रकाशीय वेगाचे नसतात. त्यांच्या बाबतीत कर्षुकीय क्षेत्राबरोबरच विद्युत्‌ कंप्रता वाढविणे आवश्यक ठरते.त्याचप्रमाणे अवाढव्य जनित्रामध्ये अंतःक्षेपणाच्या वेळी अत्यल्प कर्षुकीय क्षेत्र वापरणे टाळले पाहिजे म्हणून काही Mev ऊर्जेचे आयनअंतःक्षेपित करणे भाग आहे. हे अंतःक्षेपण साहाय्यक व्हॅन डी ग्रॅफ सारख्या जनित्रानी करावे लागते. अशा अवाढव्य जनित्रांच्या कक्षेचाकाही भाग क्षेत्ररहित सरळमार्ग असावा लागतो. अशा भागात अंतःक्षेपण, वेगवर्धन आणि विचलन साधता येते. अशा प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉनांनानिरनिराळी नावे मिळाली आहेत. ब्रुकहॅवन नॅशनल लॅबोरेटरीच्या (बी.एन.एल.) कॉस्मॉट्रॉनामधून ३ Bev ऊर्जेचे प्रोटॉन मिळाले(१९५२). युनिव्हर्सिटी ऑफ कॅलिफोर्नियाच्या रेडिएशन लॅबोरेटरीमधील (यू.सी.आर.एल.) बेव्हाट्रॉनापासून ६ Bev ऊर्जेचे प्रोटॉनप्राप्त झाले (१९५४). डूबनॉ (रशिया) येथील सिंक्रोट्रॉनामध्ये प्रोटॉन ऊर्जा १० Bev पर्यंत पोहोचली होती (१९५७). बेव्हाट्रॉनाचा उपयोगप्रोटॉन-प्रतिप्रोटॉन त्याचप्रमाणे न्यूट्रॉन-प्रतिन्यूट्रॉन उत्पन्न करण्याकरिता आणि कणविज्ञानाकरिता झाला आहे.

तीव्र संकेंद्रीकरण : आल्टरनेटिंग ग्रेडिअंट सिंक्रोट्रॉन (ए. जी. एस.) : अधिकाधिक शक्तिमान कण प्राप्त होण्याकरिता वेगवर्धकाचीत्रिज्या वाढविणे आवश्यक आहे. कारण व्यावहारिक अडचणीमुळे कर्षुकीय क्षेत्र B च्या मूल्याला मर्यादा पडते. याकरिता प्रवेगित आयनविशेष सूक्ष्मतेने आपल्या कक्षेमध्ये राहतील अशी व्यवस्था होणे जरूरीचे आहे. नाहीतर निर्वात नलिकेच्या पृष्ठभागावर ते आदळतील.शिवाय निर्वात नलिकेचा काटछेद जितका लहान तितका कर्षुकाचा आकार लहान व तितके लोखंड किंवा पोलादाचा खर्च कमी. त्यामुळेकर्षुकाला विद्युत्‌ पुरवठा करणे सुकर होते. म्हणून अरीय (त्रिज्येच्या दिशेने) आणि उदग्र (उभ्या दिशेने) अशी होणारी आयनांची दोलनेलहानात लहान करणे साधले पाहिजे. कंप्रता उच्च राखल्यास हे शक्य होते. कारण Z कमाल (परमप्रसर)

=	[dZ/dt]0		ωz	=	w0n1/2
	ωz

(परमप्रसर म्हणजे स्थिर स्थितीपासून लंब दिशेने होणारे कमाल स्थानांतरण). म्हणून कमीत कमी Z कमाल करिता कर्षुकीय क्षेत्र निर्देशांक n जास्तीत जास्त असणेआवश्यक आहे. परंतु अरीय स्थैर्याकरिता n &lt l आवश्यक आहे म्हणून अस्थैर्य अटळ आहे असे दिसते. या अडचणीतून क्रिस्टोफिलॉस (१९५०) आणि स्वतंत्रपणे कूराँ,लिव्हिंगस्टन आणि स्‍नायडर यांनी मार्ग काढला. उभट इंग्रजी ‘सी ’ अक्षराच्या आकाराचे कर्षुकखंड वर्तुळाभोवती आलटून पालटून एकाची पाठ वर्तुळमध्याकडे तर दुसऱ्याचेतोंड वर्तुळमध्याकडे असे रचले. प्रत्येक खंडात कर्षुकीय क्षेत्र n चे जास्तीत जास्त मूल्य असणारे ठेवून, एकात n धन व दुसऱ्यात nऋण ठेवल्यास पहिल्या खंडामुळे उदग्रसंकेंद्रीकरण तर क्षैतिज विकेंद्रीकरण होईल. याच्या उलट प्रकार दुसऱ्या खंडात होईल. तरीसुद्धा दोहोंचा परिणाम अंती दोन्ही दिशांनी अधिक संकेंद्रीकरणात होतो.

व्यावहारिक वेगवर्धकामध्ये कर्षुकखंडाच्या रचनेचे गणित कक्षेचे स्थैर्य लक्षात घेऊन अचूक करावे लागते. कार्यक्षम संकेंद्रीकरण आणि प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉनाचे तत्त्व यादोहोंच्या समन्वयाने ब्रुकहॅवन नॅशनल लॅबोरेटरीचा आल्टरनेटिंग ग्रेडिअंट सिंक्रोट्रॉन (बी. एन. एल. ए. जी. एस.) तयार करण्यात आला. यामध्ये २४० कर्षुकखंड असूनत्यांचे वजन सु. ४,००० टन आहे. १९६० साली यामधून ३० Bev ऊर्जेचे प्रोटॉन बाहेर पडू लागले.

कॉकक्रॉफ्ट-वॉल्टन जनित्रामधून बाहेर पडणारे ०.७५ Mev प्रोटॉन रेखीय वेगवर्धकामध्ये (लिनॅक : याची माहिती पुढे दिली आहे) अंतःक्षिप्त होतात. यामध्ये १२४वहननलिका असून एकूण लांबी ३३ मी. आणि व्यास सु. ०.९ मी. आहे. या लिनॅकमधून बाहेर पडताना प्रोटॉनाचा वेग (१/३)c इतका व ऊर्जा ५०Mev होते. हे प्रोटॉनसिंक्रोट्रॉनमध्ये शिरतात. सिंक्रोट्रॉन कक्षेचा व्यास सु. २५२ मी. आहे. (परीघ सु. १.६ किमी.). प्रोटॉन ऊर्जा वाढेल त्याप्रमाणे कर्षुकीय क्षेत्र वाढवावे लागेल. निर्वात नलिकासु. १५ सेंमी. रुंद आणि ७ सेंमी. उंच असून यामधील वायुदाब फक्त १०-५ मिमी. पाऱ्याच्या इतका असतो. सिंक्रोट्रॉन कर्षुकाचे कार्य दुहेरी असते. पहिले म्हणजे प्रोटॉन कक्षावर्तुळाकार राखणे व दुसरे अत्यंत महत्त्वाचे म्हणजे तीव्र संकेंद्रीकरणाचे होय. प्रत्येक कर्षुकाच्या जोडीच्या ध्रुवांची पृष्ठे अशी तयार केलेली असतात की, अरीय दिशेने क्षेत्रएकात वाढते तर दुसऱ्यात कमी होते. यामुळे सामान्य सिंक्रोट्रॉनापेक्षा किती तरी पटीने शलाकेचे कक्षेवर संकेंद्रीकरण होते. याचे फळ असे की, रशियाच्या १० Bevसिंक्रोट्रॉनाच्या ३६,००० टनी कर्षुकाऐवजी या बी. एन. एल. च्या ३० Bev ए. जी. एस. मध्ये ४,००० टनी कर्षुकाने काम भागते. प्रत्येक मिनिटास २० स्पंदने व प्रत्येकस्पंदनात १०१० प्रोटॉन ( ऊर्जा ३० Bev प्रत्येकी) बाहेर पडतात.

यापेक्षाही अधिक शक्तिशाली ए. जी. एस. रशियातील सेर्पूकॉफ येथे बांधण्यात आला असून त्यापासून ७० Bev ऊर्जेचे प्रोटॉन प्राप्त झाले आहेत. या वेगवर्धकाची माध्यत्रिज्या २३६ मी. असून १०० Mev प्रोटॉनाच्या अंतःक्षेपणासाठी रेखीय वेगवर्धक वापरला आहे. कर्षुकाचे वजन २०,००० टन आहे.

बी. एन. एल. च्या ए. जी. एस. शी साम्य असलेला याहून अवाढव्य असा २०० Bev प्रोटॉन निर्माण करणारा प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन वेस्टन येथे तयार करण्याची योजना होती.ह्याप्रमाणेच ३०० Gev, (Gev म्हणजे १०९ ev) ऊर्जेच्या ए. जी. एस. ची योजना सी. इ. आर. एन. (Conseil Europeenne pour la Recherche Nucleaire) या युरोपीयराष्ट्रांच्या अणुकेंद्रीय संशोधन केंद्राने तयार केली असून हा वेगवर्धक १९७६ पर्यंत तयार व्हावा अशी अपेक्षा आहे. त्याचा व्यास २.४ किमी. राहणार असून त्यासाठी ८६४खंडांत विभागलेले २५,५०० टन कर्षुक लागतील. पण संबंधित राष्ट्रांमध्ये खर्चाबद्दल मतभेद झाल्यामुळे ही योजना बारगळते की काय अशी शंका निर्माण झाली आहे.

रेखीयवेगवर्धक(लिनॅक): अनेक टप्प्यांच्या वेगवर्धनाचे तत्त्व रेखीय वेगवर्धकाकरिता वापरले जाते. आयनांचा मार्ग जवळजवळसरळ रेषेत असतो.१९३१ मध्ये लॉरेन्स-स्लोन यांनी तयार केलेला रेखीय वेगवर्धक आ. ७ मध्ये दाखविला आहे (अणुकेंद्रीयविज्ञानात याचा फारसा उपयोग झालेला नाही). क्रमानेयेणाऱ्या दोन वहननलिकांमधील फटीमध्ये प्रत्यावर्ती विद्युत्‌ वर्चस्‌ V = V0cos wt या स्वरूपाचे असते. नलिकेतून जाताना आयनावर प्रेरणा नसते. फक्त फटओलांडून जाताना त्याला प्रवेग मिळतो.

योग्य वेळी म्हणजे t = 0, T/2, T, 3T/2 या कालक्षणी फट ओलांडल्यास आयनास प्रवेगकारी संवेग मिळतो. यासाठी वहननलिकांची लांबी आयनांच्या वेगाप्रमाणे वाढत गेलीपाहिजे. याकरिता सूत्र असे :

आधुनिक रेखीय वेगवर्धकामध्ये विद्युत्‌ क्षेत्राकरिता तरंगमार्गदर्शक वापरतात. कंप्रता ३,००० मेगॅहर्ट्‌झ पर्यंत जाते. तरंगमार्गदर्शक म्हणजे एक संवाहक नलिका असते.ह्यातून विद्युत्‌ कर्षुकीय तरंग जातात व स्थिर तरंग उत्पन्न होतात. याप्रमाणे नलिका अनुस्पंदकाचे काम करते किंवा त्यातून प्रसारी (पुढे जाणारे) तरंगही जाऊ शकतात.आप्रकाशीय वेगाच्या इलेक्ट्रॉनाच्या बाबतीत विद्युत्‌ कर्षुकीय तरंग c या वेगाने जात असतात. अशा तर्‍हेचे कंपन प्रकार अनुस्पंदक नलिकेमध्ये उभ्या चकत्या घालून व योग्यकंप्रतेने क्षुब्ध करून साधता येतात. संवाहक चकत्यांमुळे मंडलामध्ये इष्ट वेग उत्पन्न होतो. स्टॅनफर्ड येथील इलेक्ट्रॉन रेखीय वेगवर्धकामध्ये तरंगलांबी (l) १० सेंमी. वापरलीआहे. चकत्यांमधील अंतर l/४ = २.५ सेंमी. आहे. तरंगमार्गदर्शकास विद्युत्‌ कर्षुकीय ऊर्जेचा पुरवठा सेकंदास दोन मायक्रो (एक दशलक्षांश) सेकंद अवधीच्या ६० स्पंदनांच्यास्वरूपात होतो. कमाल प्राप्त झालेली ऊर्जा १ Bev होते. नवीन उदाहरण म्हणजे १९६६ साली कार्यवाहित आलेला स्टॅनफर्ड लिनिअर ॲक्सिलरेटर सेंटरचा (एस. एल. ए.सी.) रेखीय वेगवर्धक याची लांबी सु. ३ किमी. आहे. इलेक्ट्रॉन बंदुकीपासून निघणारे ८० Kev ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉन अखेरीस २० Bev ऊर्जा मिळून बाहेर पडतात. एस. एल. ए.सी. चे कार्य बी. एन. एल. च्या ए. जी. एस. च्या कार्याशी तुल्यबल होईल अशी अपेक्षा आहे.

लॉरेन्स रेडिएशन लॅबोरेटरी, बर्कली येथील भारी-आयन रेखीय वेगवर्धक वापरून कार्बन, नायट्रोजन, निऑन यांसारख्या भारी-आयनांचा दर आणवीय द्रव्यमानएककास (ए. एम. यू.) १० Mev पर्यंत ऊर्जा प्राप्त होऊ शकते. प्रथम कॉकक्रॉफ्ट-वॉल्टन जनित्राने धन आयनांना वेग मिळतो (ऊर्जा ४०० Kev). बाहेर आलेल्या आयनांचेपुंजके स्थिर तरंग प्रकारच्या वेगवर्धकाच्या पुढील भागात सोडले जातात. दुसऱ्या नलिकेमध्ये १ Mev / ए. एम. यू. ऊर्जा मिळते. येथे पाऱ्याच्या बाष्पाशी आघात होऊनआणखी आयनीकरण होते आणि e/m चे मूल्य वाढते. यानंतर हे आयन नवीन स्थिरतरंग तर्‍हेच्या खंडामध्ये प्रवेश करतात. यानंतर त्यांची ऊर्जा १० Mev / ए. एम. यू. इतकीवाढते (v ~ c/15).

वेगवर्धनाचा हेतू-नवीन विकास-भावी वेगवर्धक: अधिकाधिक वेगवान कण मिळविण्याचा उद्देश सुरुवातीला अणुकेंद्रविज्ञानाचा अभ्यास, जीवशास्त्र यांत उपयोग करणेअसा होता. आता हे क्षेत्र वाढले आहे. अणुकेंद्रविज्ञान एवढेच नव्हे तर प्रोटॉन किंवा न्यूट्रॉनाची रचना, मेसॉनांची उत्पत्ती व त्यांचा उपयोग, नवीन नवीन मूलकण उत्पन्नकरणे, कणविज्ञानातील समस्या सोडविणे आणि जीवशास्त्रातील प्रगत संशोधन या सर्वांकरिता अवाढव्य वेगवर्धक विशेषतः अमेरिका, रशिया आणि सी. इ. आर. एन. तर्फेबांधण्यात येत आहेत. काही विशिष्ट हेतूंसाठी संकल्पिलेले वेगवर्धक म्हणजे (१) लॉस ॲलमॉस येथील ७५० Mev ऊर्जेचा प्रोटॉन वेगवर्धक : ह्याच्या तीव्र शलाकाप्रवाहामुळे१०^८ – १०^९ मेसॉन उपलब्ध होतील (२) चॉक रिव्हर (कॅनडा) येथील तीन टप्प्यांचा १,००० Mev ऊर्जेचा सायक्लोट्रॉन : ह्यापासून मिळणारे प्रोटॉन १०^१६ न्यूट्रॉन/सेंमी.^२/सेकंद इतक्या तीव्रतेच्या न्यूट्रॉन शलाकेसाठी वापरण्यात येतील (३) बर्कली येथील ॲम्‍निट्रॉन : अणुक्रमांक १ पासून ९२ पर्यंतच्या मूलद्रव्यांच्या आयनांचे ४०० ते ५०० Mev/ ए. एम. यू. इतके वेगवर्धन करण्यासाठी वापरण्यात येईल. मार्च १९६५ मध्ये वॉशिंग्टन येथे भरलेल्या परिषदेने प्रसिद्ध केलेल्या अहवालावरून भावी प्रगतीची व प्रकल्पांचीकल्पना येते.

रेखीय वेगवर्धक: नवीन तरंगमार्गदर्शकाच्या योजनेमुळे शलाकाप्रवाह शेकडो अँपिअरांपर्यंत वाढू शकेल. हल्ली तो जास्तीत जास्त १० अँपिअरपर्यंतच प्राप्त झाला आहे.

केंब्रिज इलेक्ट्रॉन ॲक्सिलरेटर (मॅसॅच्यूसेट्स) प्रकल्पाच्या अनुभवावरून असे दिसते की, सायक्लोट्रॉनामध्ये इलेक्ट्रॉनांच्या कमाल ऊर्जेला प्रारणरूपी ऊर्जाऱ्हासामुळेमर्यादा पडण्याचे कारण नाही. नवीन अवगत झालेल्या कल्पनांप्रमाणे सिंक्रोट्रॉनापासून अमर्यादित ऊर्जेचे इलेक्ट्रॉन मिळणे शक्य आहे.

अवाढव्य प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन : ६००-१,००० Bev ऊर्जेचा प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन ब्रुकहॅवन येथे बांधण्याची योजना तेथील शास्त्रज्ञ आखत असून इतकाच शक्तिशाली ए. जी.एस. रशियातही बांधण्याची कल्पना आहे. भावी वेगवर्धकांमध्ये धातूंच्या अतिसंवाहकतेचा (निरपेक्ष शून्याच्या जवळपास तापमान असताना विद्युत्‌ रोध जवळजवळ नाहीसाहोण्याच्या गुणधर्माचा) मोठया प्रमाणावर उपयोग केला जाण्याची शक्यता आहे. उदा., इलेक्ट्रॉन रेखीय वेगवर्धक. प्रचंड रेडिओ कंप्रता शक्तीच्या वापरामुळे हा वेगवर्धकसेकंदाचा काही शतांश भागही कार्यकारी नसतो. परंतु अतिसंवाहक रेडिओ कंप्रता विवर वापरल्यास रेडिओ कंप्रता शक्ती अत्यंत कमी लागून असा वेगवर्धक द्रव हीलियमतापमानातही सतत कार्यकारी राहू शकेल. याप्रमाणेच अतिसंवाहक कर्षुक वापरून सध्याच्या १०-१५ हजार गौसपेक्षा कितीतरी जास्त तीव्र कर्षुकक्षेत्र उपलब्ध होऊ शकेल.यामुळे वेगवर्धकाचा आकार अवाढव्य न करताही उच्च ऊर्जा प्राप्त होईल.

पुष्कळशा कणांचे एका कणावर सामुदायिक कार्य होण्यासाठी [उदा., वेगयुक्त कण प्रक्षिप्त होण्याच्या (फेकले जाण्याच्या) वेळी त्यांची ऊर्जा दुसऱ्या एकाच कणासमिळावी अशा योजनांसंबंधी] काही प्रस्ताव मांडण्यात आले, परंतु प्रत्यक्षात असा वेगवर्धक अद्याप तयार झालेला नाही. पण सोव्हिएट शास्त्रज्ञांनी अशा तर्‍हेचा वेगवर्धकबनविण्याची एक योजना तयार केली असून ती आशादायी वाटते. हा वेगवर्धक म्हणजे इलेक्ट्रॉन वलय वेगवर्धक (इलेक्ट्रॉन रिंग ॲक्सिलरेटर, इ. आर. ए.) होय. यामध्येअत्युच्च वेग असलेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या मध्यभागी असलेल्या, जणू काय इलेक्ट्रॉनांच्या पिंजऱ्यात अडकलेल्या प्रोटॉनाला त्या इलेक्ट्रॉनांकडून ऊर्जा मिळते व ही ऊर्जा त्याइलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जेपेक्षा अधिक म्हणजे प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांच्या सापेक्षीय वस्तुमानांच्या समप्रमाणात असते.

कर्षुकीय क्षेत्रात लोखंडाची कर्षुकीय परिप्‍लुतता (कमाल प्रमाण असणे) अथवा विद्युत्‌ क्षेत्रात उच्च निर्वातातही होणारे विद्युत्‌ विसर्जन यांसारख्या पदार्थीय गुणधर्मांमुळेपडणाऱ्या मर्यादा या इ. आर. ए. वेगवर्धकात नसल्यामुळे, अशा वेगवर्धकाची कल्पना आकर्षक वाटते.

 गोडबोले, रा. द.

समूह-परिणामी वेगवर्धक : कणवेगवर्धकात विद्युत् भारित कणांना विद्युत् व कर्षुकीय क्षेत्रांमुळे प्रवेग प्राप्त होतो व त्यांची हालचालही त्याच क्षेत्रांमुळे होते. विद्युत् व कर्षुकीय क्षेत्रांमुळे प्रवेग प्राप्त होतो व त्यांची हालचालही त्याच क्षेत्रांमुळे होते. विद्युत् भारित व गतीत असल्याने या खुद्द कणांची विद्युत् व कर्षुकीय क्षेत्रे निर्माण होतात व असे कण असंख्य असल्यामुळे ती क्षेत्रे एकत्रित होऊन वृद्धिगंत होतात. अशा एकत्रित व वृद्धिंगत झालेल्या कणांच्या क्षेत्रांचा योग्य रीतीने उपयोग करून, त्यांच्या मदतीने इतर कण प्रवेगित करता येतील का, असा प्रश्न स्वाभाविकच शास्त्रज्ञांपुढे उभा राहिला. या दिशेने एक प्रयत्न म्हणजे एका जातीच्या, उदा., संकेंद्रित इलेक्ट्रॉन पुंजांच्या, सामूहिक परिणामामुळे दुसर्‍या जातीच्या, म्हणेज धन आयनांना, प्रवेग देता येईल का या संबंधीचा प्रयत्न, १९५० च्या सुमारास स्टॉकहोम येथे एच्. आल्फव्हेन आणि ओले बेर्नहोम यांनी केला. परंतु त्या काळी पुरेशा तीव्रतेच्या इलेक्ट्रॉनांच्या शलाका उपलब्ध होऊ न शकल्याने, त्यांचा तो प्रयत्न अयशस्वी ठरला. पण एक गोष्ट सत्य आहे की, वापरात असलेल्या कणवेगवर्शकांमुळे कणांस प्राप्त होणार्‍या ऊर्जेस (ही ऊर्जा ‘क्ष’ Mev प्रति-मी. अशी सांगितली जाते) वेगवर्धकाचे आकारमान व तो चालविण्यास लागणारा खर्च या दृष्टींनी काही मर्यादा पडते.

वेगवर्धकाचे कार्य चालू असताना काही एका कालानंतर असे होते की, विद्युत् भाारित कणांच्या शलाकेमुळे निर्माण झालेली विद्युत् (व तज्जन्य कर्षुकीय) क्षेत्रे उपेक्षणीय न राहता, त्यांच्या विरुद्ध परिणामामुळे ती अनेक तर्‍हेचे व्यत्यय आणतात. विशेषत: ही स्वत: सिद्ध क्षेत्रे बाहेरून लावलेल्या क्षेत्रांच्या एक शतांश किंवा त्याहूनही कमी बलाची झाली, तरी ती त्रासदायक होऊ शकतात.

पण समजा ही क्षेत्रे बाहेरील क्षेत्रांच्या इतकी अगर त्याहून अधिक झाली तर त्यापासून दोन लाभ मिळणे शक्य होईल : (१) ज्या अवकाश भागात विद्युत्  प्रस्थ (अग्र) ठेवून विद्युत् क्षेत्र अथवा आत विद्युत् प्रवाह चालू असलेल्या वेटोळ्यांनी निर्माण झालेले कर्षुकीय क्षेत्र प्राप्त करून घेणे शक्य नसते, त्या भागात विशेष आकारांची विद्युत् वा कर्षुकीय क्षेत्रांची निर्मिती; (२) ही समूह-परिणामी क्षेत्रे, बाहेरून लावता येणार्‍या क्षेत्रांपेक्षा पुष्कळ प्रमाणात अधिक बलवान अशी प्राप्त होऊ शकत असल्यास, हल्ली वापरात असलेल्या कणवेगवर्धकावरील स्वभावत: पडत असलेल्या मर्यादा ओलांडता येतील. या दोहोंपैकी पहिल्या लाभाचे एक चांगले उदाहरण म्हणजे कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील क्रिस्टोफिलॉस यांनी बनविलेेले आयनद्रायू (धन विद्युत् भारित अणुकेंद्रे व ऋण विद्युत् भारित इलेक्ट्रॉन यांनी बनलेला, समूहदृष्ट्या विद्युत् भाररहित परंतु विद्युत् संवाहक असलेला वायू) ठेवण्याचे  ‘अॅस्ट्रन’  नावाचे साधन हे होय. ते म्हणजे परिभ्रमी इलेक्ट्रॉनांच्या स्तरामुळे बनलेली एक अपदार्थीय व अनवलंबी परिनलिका (विद्युत् कर्षुकाप्रमाणे वागणारे वेटोळे किंवा सर्पिल)  असून तो स्तर (यास E – स्तर म्हणण्याचा प्रघात आहे) कर्षुकीय क्षेत्र निर्माण करणार्‍या पारंपारिक परिनलिकेत मोठ्या ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांचा अंत:क्षेप केल्याने प्राप्त होतो.  E – स्तरात जर पुरेसे इलेक्ट्रॉन भरले गेले, तर त्यांनी स्वत: निर्माण केलेले कर्षुकीय क्षेत्र परिनलिकेच्या क्षेत्रावर मात करील व म्हणून परिनलिकेच्या अक्षावरील कर्षुकीय क्षेत्राची दिशा उलट होऊन ते उलेक्ट्रॉन स्तराभोवती एकविध (सर्वत्र सारख्या) रीतीने पसरेल व अशा रीतीने पसरेल व अशा रीतीने आयनद्रायू साठविण्याची एक बाटली तयार होईल. इलेक्ट्रॉन फार पसरू नयेत म्हणून जादा गुंडाळ्यांची एक जोडी (परावर्तक) बसविलेली असते.

अशाच तर्‍हेचे दुसरे एक साधन रिचर्ड एच्. लेव्ही व त्यांचे सहकारी यांनी बनविले आहे. यात एक वृत्तजवलयाकार (जाड कड्याच्या आकारासारख्या) निर्वात कोठीचा आतील भाग माफक ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांनी भरपूर प्रमाणात व्यापलेला असतो. या कोठीभोवती निर्माण केलेल्या कर्षुकीय क्षेत्रामुळे आतील इलेक्ट्रॉन कक्षीय परिभ्रमण करू लागतात व म्हणून ते इलेक्ट्रॉन कोठीच्या भिंतींना स्पर्श करू शकत नाहीत. नंतर अल्प प्रमाणात एखादा वायू आत सोडला जातो व त्याचे लगेच आयनीकरण होते आणि सभोवतालच्या इलेक्ट्रॉन सागरामुळे ते आयन खूप खोल अशा वर्चस् कूपात अडकून पडतात (एखाद्या कणाची स्थितज ऊर्जा आणि त्याचे दुसर्‍या कणापासूनचे किंवा एखाद्या अणुकेंद्राच्या क्षेत्राच्या मध्यापासूनचे अंतर यांच्या आलेखातील किमान वर्चसभोवतालच्या आलेखाच्या भागास वर्चस् कूप म्हणतात). हा कूप खूपच खोल (१०-२० दशलक्ष व्होल्ट या खोलीचा) करावयाची योजना होती की, त्यामुळे आयना-आयनामध्ये होणार्‍या टकरी अत्यंत बलशाली होऊन अणुगर्भीय द्रव्यांतरण (एका मुलद्रव्यातून दुसरे मूलद्रव्य तयार होणे) घडेल व युरेनियमोत्तर मूलद्रव्ये तयार होतील. परंतु ही दोन्हीही साधने दहाच्या गुणकाने ईजिप्त परिणामाच्या दृष्टीने कमी पडली.

गोलाकार वेगवर्धकातील प्रोटॉनासाठी मार्गदर्शन कर्षुकीय क्षेत्राची निर्मिती इलेक्ट्रॉनांच्या तीव्र शलाकेमार्फत कशी होऊ शकेल याची कल्पना १९७२ च्या बर्‍याच आधी  म्हणजे १९५६ साली गेर्श आयू, बुडकर या रशियन भौतिकविदांनी दिली होती. मापक ऊर्जा असलेल्या इलेक्ट्रॉनांची काही सेंमी. रुंदीची तीव्र शलाका कर्षुकीय क्षेत्रामधून जाऊ लागली म्हणजे विद्युत् कर्षुकीय ऊर्जेेचे प्रारण होते व परिणाम म्हणून ही शलाका संकोचित होऊन तिची रुंदी एका मिमी. पेक्षाही कमी होते. गणित करून असे दाखविता येईल की, अशा अति-अरुंद (जवळजवळ तंतूच्या आकाराच्या) तीव्र इलेक्ट्रॉन शलाकेमुळे उत्पन्न होणारे कर्षुकीय क्षेत्र सु. दशलक्ष गौस इतके प्रचंड असते. बुडकर यांची ही कल्पना अव्यवहार्य आहे असे आता समजले जाते, परंतु अलीकडील संशोधनाने असे दिसू लागले आहे, की, या कल्पनेचा उपयोग वेगवर्धक विद्युत् क्षेत्रात वाढ करण्याकडे होऊ शकेल. इलेक्ट्रॉन शलाकेच्या स्वत:सिद्ध अशा उच्च विद्युत् क्षेत्राच्या परिणामांचे दोन मुख्य वर्ग पडतात. एक इलेक्ट्रॉनांच्या अखंडित व तीव्र अशा प्रवाहाच्या जटिल परिणामावर अवलंबून असलेला व दुसरा इलेक्ट्रॉनांच्या अतिघन पुंजांवर अवलंबून असलेला. वेगवर्धकाच्या या दुसर्‍या वर्गाचे एक उदाहरण म्हणजे वलयाकृती असलेला इलेक्ट्रॉनांचा पुंज, जेव्हा इलेक्ट्रॉन शलाका एखाद्या वायूतून जाते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन व वायूंचे अणू यांमध्ये टकरा होऊन अणूमधील इलेक्ट्रॉन जोरदार कुलंब प्रतिसारणामुळे (सारख्या विद्युत् भारांमुळे निर्माण होणार्‍या एकमेकांना दूर सारणार्‍या प्रेरणेमुळे) शलाकेबाहेर ढकलेले जातात व मागे राहिलेेल्या वजनदार आयनांची गती तुलनेने अल्प असल्यामुळे, ते आयन शलाकेत अडकून पडताता. काही वेळाने या धन भारित आयनांची संख्या वाढून पुरेशी झाल्यावर, शलाकेतील इलेक्ट्रॉनांच्या सरासरी भार घनतेचे निराकरण होते व शलाकेचा लंब छेद अधिकाधिक बारीक होत जातो. छेदाच्या या बारीक होण्याच्या क्रियेस आकुंचन परिणाम म्हणतात.

१.३ Mev ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांच्या ४०,००० अँपिअर किरण शलाकेच्या आकुंचन परिणामाचे संशोधन करताना १९६९ मध्ये स्टुअर्ट ग्रेबिल व जॉन युग्लम यांस असे आढळून आले की, अशी शलाका वायूनी भरलेल्या लहान नलिकेत निरनिराळे वायू भरून अशा रीतीने एकविध ऊर्जा असलेले प्रोटॉन, ड्यूटेरियम, हीलियम (आल्फा कण) व नायट्रोजन आयन त्यांना मिळाले. याच संबंधात गेरोल्ड योनास व त्यांचे सहकारी यांनी असे सिद्ध केले की, अशा शलाकेच्या अग्राजवळ अत्यंत बलवान असे विद्युत् क्षेत्र (५० दशलक्ष व्होल्ट प्रति-मीटर) अस्तित्वात येत असले पाहिजे व त्यामुळे आयन प्रवेगित होत असले पाहिजेत.

दोन वलयाकृती विद्युत् प्रस्थांनी निर्माण केलेल्या क्ष व्होल्ट प्रतिमीटर अशा विद्युत् क्षेत्रामध्ये परिभ्रमण करणार्‍या अतिवेगवान अशा इलेक्ट्रॉनांचा कंकणाकृती पुंज स्वत: स्थायी होतो. या कंकणाकृती पुंजाला त्याच्या प्रतलास लंब अशा दिशेने प्रवेग प्राप्त झाला, तर सापेक्षीय परिणामामुळे त्यातील परिभ्रमण करणारे इलेक्ट्रॉन, त्यांच्या गतिरहित स्थितीतील वजनापेक्षा, २३ पटीने अधिक वजनदार भासतात (आ. ९). यामुळे अशा कंकणाकृती पुंजात अडकून पडलेल्या व पुंजाबरोबर प्रवेगित झालेल्या प्रोटॉनांची ऊर्जा (१८३६/२३) क्ष किंवा सु. ८० क्ष इलेक्ट्रॉन व्होल्ट प्रति-मीटरने वाढेल. आता क्ष चे मूल्य १० दशलक्ष व्होल्ट प्रति-मीटर इतके असल्यास, त्या प्रोटाॅनाची  ऊर्जा  ८०० Mev प्रतिमीटर ही मर्यादा गाठू शकेल. यामुळे प्राप्त होणारे प्रवेगाचे मूल्य अत्युत्कृष्ट अशा सिंक्रोट्रॉनामुळे मिळणार्‍या प्रवेगापेक्षा कितीतरी अधिक असेल. अशा तर्‍हेचा कंकणाकृती इलेक्ट्रॉन-पुंज वेगवर्धक डेनिस कीफ व त्यांचे सहकारी त्यांनी लॉरेन्स वर्कली संशोधनशाळेत तयार केला आहे. धनभारित आयनांना अतिवेगवान अशा (सापेक्षीय) इलेक्ट्रॉनांच्या कंकणाकृती पुंजांच्या साहाय्याने प्रवेगित करण्याची मूळ कल्पना व्ही. आय्. बेक्सलर या रशियन भौतिकविदांची आहे. अशा तर्‍हेच्या इलेक्ट्रॉनांच्या कंकणाकृती पुढे वर्णन केल्याप्रमाणे तयार करता येतात: ‘संपीडक’ अशी संज्ञा असलेल्या एका निर्वात पात्रात २ ते ४ Mev च्या दरम्यान ऊर्जा असलेल्या इलेक्ट्रॉनांचे सायकलच्या रबरी नळीच्या आकाराचे एक मोठे वलय प्रथम निर्माण केले जाते. नंतर संपीडकामधील कर्षुकक्षेत्र एका सेंकदाच्या सु. एक शतलक्षांश या अल्प आवर्त कालात सपाट्याने वाढविले जाते. त्याचा परिणाम म्हणून एक तर इलेक्ट्रॉनाची ऊर्जा खूप वाढते व दुसरे वलयाची त्रिज्या खूप कमी होते. शेवटी या वलयाचे रुपांतर एका लहान, बारीक उच्च-ऊर्जायुक्त कंकणात होते आणि हे कंकण मग प्रोटॉन व त्याहून अधिक वजनाचे आयन यांना प्रवेगित करणारे वाहन होते.

या इलेक्ट्रॉन-कंकणाच्या संबंधीच्या प्रायोगिक संशोधनात खूपच प्रगती झाली आहे. आयन प्रवेगित करण्यास योग्य असे गुणधर्म असलेली संपीडित इलेक्ट्रॉन-कंकणे निर्माण करून डूबनॉ, बर्कली आणि गार्चिंग येथे त्यांचा अभ्यास करण्यात आला आहे. याखेरीज हीलियम आयन (आल्फा कण) प्रवेगित करून त्यास ३० Mev ऊर्जा म्हणजे ४० दशलक्ष व्होल्ट प्रति-मीटर असे समूहपरिणामी वेगवर्धक क्षेत्र होय. (चित्रपत्र).

भावे, श्री. द.

संदर्भ :

1. Kaplan, I. Nuclear Physics, Tokyo, 1964.

2. Livingston, M. S.; Blewett, J. P. Particle Accelerators, 1961.

3. Keefe, D. Collective-Effect Accelerators, Scientific American, April 1972.

4. Segre, W. A. Nuclei and Particles, New York, 1965.