توليد حزم ذات كثافة عالية

كما كان هناك تحدي رئيسي كبير يتمثل في ضرورة توليد حزم الكترونية بوزيترونية لم يسبق لكثافتها مثيل. إذ كان يجب الا يتجاوز قطر مقطع الحزمة عند نقطة التفاعل عدة ميكرونات. كما ويجب أن تكون كثافة الجسيمات كبيرة ليزداد احتمال التصادم الخطي. لاحظ أنه في حالة المعجلات الدائرية حيث تدور الجسيمات حول الحلقة على نحو متكرر ولديها 10000 فرصة في الثانية ليتم التصادم مع جسيمات متحركة في الاتجاه المضاد، أما في حالة التصادم الخطي فليس هناك سوى فرصة واحدة فقط للتصادم، وحيث أن المصادم الخطي ينبض زهاء 100 نبضة / الثانية فللتعويض عن هذا التردد المنخفض يجب أن نزيد من كثافة الحزمة المتصادمة مئة مرة ليتم التصادم. وهذا يعني أن علينا تركيز نحو 50 بليون جسيم في كل دفعة وتجميعها بحيث لا يتجاوز القطر عدة ميكرونات.

عندما يتم توليد حزم الإلكترونات والبوزيترونات فإنها تكون في حالة حارة حيث تتبخر الإلكترونات من المهبط الساخن، كما تنتج البوزيترونات من تفاعل عالي الطاقة ونتيجة لذلك فإنها تتمايل على جانبي مسارها وتكون في حالة اضطراب شديد. ولكي يتم انضغاط هذه الحزم المضطربة يتم استخدام حلقتي التخميد المشار إليهما آنفاً، فعندما تدور الجسيمات في الحلقة فإنها تشع طاقة ومن ثم تقل حركتها الجانبية أو تخمد وبذلك يتم انضغاطها.

إن ما سبق شرحه يحتاج في الواقع إلى التغلب على تحديات تقنية جمة قبل أن يصبح هذا الفرض واقعاً. وعلى كل حال ليس الصعب توليده حزمة الكترونية وذلك بجعل مهبط كبير ينبض لفترة زمنية قصيرة. فيصدر تبعاً لذلك دفق قصير من الإلكترونات ويدخل بداية المسرع حيث تجمع الإلكترونات بسرعة. بتأثير حقول كهرومغناطيسية مسرعة - في دفعات قصيرة مركزة.

أما توليد حزمة بوزيترونية فهو أكثر مشقة. ويتم ذلك بإطلاق دفعة الكترونية عالية الطاقة على هدف مناسب ثم يتم غربلة البوزيترونات من وابل الجسيمات الناتج. وبالرغم من أن الدفعات الإلكترونية والبوزيترونية تحوي العدد المطلوب من الجسيمات إلا أن هذه الجسيمات منتشرة أكثر مما ينبغي. فإذا جعلنا هذه الدفعات تتصادم فإن لم تحدث تفاعلات كثيرة بينها ويكون الحال مشابهاً لإطلاق بندقيتي رش (خردق) الواحدة باتجاه الأخرى بدلاً من إطلاق بندقيتين تقذفان رصاصتين كل في اتجاه الأخرى ومن ثم يتبعثر الرش على مساحة واسعة. ولتكثيف الدفعات بقدر كاف نحتاج إلى تقليص إبعادها المستعرضة بحيث تتقارب الجسيمات من بعضها البعض - أي نحصل على حزمة ضيقة - وتجري هذه العملية داخل حلقتي التخزين الصغيرتين أو حلقتي التخميد (2، '2 في الشكل (1)) حيث ينكمش عرض الدفعات إلى حد كاف. وتمكث الإلكترونات والبوزيترونات في حلقتي التخميد جزءاً من الثانية ثم تحقن ثانية - وطاقتها ما زالت 1.ج.أ.ف... في المسرع الخطي حيث تسرع إلى طاقات أعلى أثناء دفعها على طول المسرع بأمواج راديوية قوية فتتزلق كل دفعة جسيمية على قمة موجة كهرومغناطيسية. وعندما تصل هذه الدفعات إلى نهاية المسرع تكون طاقتها قد بلغت قيمتها العظمى وهي 50 ج. أ. ف، حيث يتم حرفها إلى اليمين واليسار ليتم التصادم بينها أخيراً. يكون المسرع قد قام بدورة واحدة وفق الوصف السابق. وفي واقع الأمر ينبض المسرع بعدة دورات في الثانية الواحدة.

يتم تشغيل المهبط مرتين في تتابع سريع منتجاً بذلك دفعتين من الإلكترونات تمضيان في طريقهما داخل المرع حيث تنضم إليهما دفعة بوزيترونية. وتدخل هذه الدفعات الثلاث - التي تبعد إحداها عن الأخرى حوالي عشرة أمتار - حلقتي التخميد السابق ذكرهما لمدة تبلغ جزءاً من الثانية، حيث تخرج الدفعات من هاتين الحلقتين وتعاد الواحدة تلو الأخرى إلى المسرع مع جعل البوزيترونات في المقدمة وبعد أن تقطع دفعة الإلكترونات الخلفية قرابة 2/3 من الطريق في المسرع يتم حرفها بواسطة مغناطيس نبضي سريع Pulsed Magnet Fast - Firing.

الشكل (1)