1 Colisionador electrón-positrón Dado que las cargas de los electrones y positrones son opuestas, este colisionador sólo necesita construir un anillo. El coste correspondiente es relativamente bajo y la mayoría de los colisionadores que se han construido en el mundo entran en esta categoría.
Sin embargo, debido a la pérdida de radiación de sincrotrón causada por el giro del electrón, es difícil aumentar aún más la energía de este colisionador, porque la potencia de radiación de sincrotrón es proporcional al cuadrado de la energía del electrón y está relacionado con el giro Inversamente proporcional al cuadrado del radio Para reducir las pérdidas de radiación, generalmente los colisionadores de electrones de alta energía adoptan un esquema de radio grande, es decir, se utiliza un campo magnético bajo de solo unos pocos miles de Gauss. Controlar el movimiento de los electrones Aun así, la energía más alta del colisionador de electrones todavía está sujeta a grandes limitaciones. Por ejemplo, cuando un electrón de 10 GeV se mueve en un colisionador con un radio de curvatura de 100 m, la pérdida de radiación por revolución es de aproximadamente 10 MeV. Si la corriente del ciclotrón en el colisionador es de 1A, este haz de electrones debe compensarse. Para reducir la pérdida de radiación de la corriente, se requiere una potencia de alta frecuencia con una potencia promedio de 10MW. Si el flujo de positrones también es de 1 A, la potencia promedio total es de 20 MW. Se puede ver que la mayor parte de la potencia del sistema de frecuencia de alta aceleración en el colisionador se utiliza para compensar esta pérdida de radiación de sincrotrón.
Aunque las características de la radiación dificultan la mejora adicional de la energía de los electrones, también tiene ciertos beneficios. Esto se debe a que después de que se inyectan electrones o positrones en el colisionador, la sección transversal de los electrones se ve afectada debido a la radiación. Pérdida de los electrones. Fuerte compresión, los electrones se concentran rápidamente en un área pequeña, y el espacio restante se puede utilizar para acomodar los electrones inyectados nuevamente, lo que simplifica el proceso de acumulación y permite el uso de inyectores de menor energía, generalmente aceleradores lineales. También se utilizan sincrotrones electrónicos.
Los positrones necesarios en este colisionador son producidos por electrones con una energía de decenas de megaelectrones voltios o más. Para obtener el haz de positrones más potente posible, a menudo es necesario construir un haz de positrones de baja energía y alta corriente. acelerador lineal de electrones. Además, el haz de positrones generado debe inyectarse nuevamente en el inyector, acelerarse junto con los electrones hasta obtener la energía necesaria y luego inyectarse en el colisionador. Dado que la intensidad del haz de positrones es sólo de una milésima a una diezmilésima parte de la del haz de electrones, se necesitan varios minutos o incluso decenas de minutos para acumularse y alcanzar una intensidad suficiente.
2: Colisionador Protón-Protón Este colisionador necesita construir dos anillos para almacenar dos haces de protones que giran en direcciones opuestas para lograr una colisión protón-protón. Dado que la radiación de sincrotrón del protón es mucho menor que la del electrón cuando gira, puede ignorarse cuando el protón alcanza el rango de energía. Por lo tanto, para reducir la escala de este tipo de colisionador, es necesario utilizar un. campo magnético fuerte tanto como sea posible, lo que requiere el uso de imanes superconductores. Además, la acumulación de haces de protones no es tan conveniente como la del colisionador de electrones. Debe depender de la acumulación de impulso espacial. Para ello, primero se deben acelerar los protones a alta energía (generalmente decenas de gigaelectrones voltios) en un sincrotrón de alta energía, confiar en la compresión adiabática para comprimir la divergencia de momento del haz de protones cientos de veces y luego inyectarlo en el colisionador. Acumulación, el sistema de aceleración de alta frecuencia en el colisionador de protones se utiliza principalmente para acumular impulso en el espacio y acelerar aún más una vez completada la acumulación, por lo que la potencia de alta frecuencia requerida es mucho menor que la del colisionador de electrones. Debido a las razones anteriores, la escala del colisionador protón-protón es mayor que la del colisionador electrón-positrón, y la inversión también es mayor.
4: Colisionador Electrón-Protón La principal dificultad de este colisionador es que la sección transversal del haz de electrones es muy pequeña, alrededor de una fracción de milímetro, mientras que la sección transversal del protón es mayor. El ancho de la línea es de aproximadamente un centímetro. El primero tiene un haz más denso, mientras que el segundo tiene un haz más suelto. La probabilidad de que ambos choquen es muy pequeña. Actualmente se está estudiando para lograr este tipo de colisión, es necesario construir dos anillos. anillo con un campo magnético bajo para almacenamiento y aceleración de electrones; el otro es un anillo magnético superconductor de alto campo para almacenar y acelerar protones. Los dos anillos tienen el mismo radio y están colocados en el mismo túnel, por lo que la energía de los electrones es. normalmente decenas de gigaelectronvoltios y la energía de los protones es de cientos de voltios. Con la mejora de la tecnología de aceleradores, para ahorrar inversión, los aceleradores gigantes recién construidos a menudo construyen tres anillos en un túnel para que se puedan llevar a cabo múltiples colisiones de partículas, como protones-protones, protones-antiprotones, electrones-positrones y protones. -Colisión de electrones.
5. Colisionador lineal de electrones Para evitar las dificultades causadas por la pérdida de radiación de sincrotrón cuando los electrones realizan movimiento giroscópico, ya en 1965 se señaló que cuando la energía del electrón es superior a cientos de GeV , se debe utilizar un colisionador lineal de electrones. La colisión se realiza en línea recta, es decir, se deben utilizar dos aceleradores lineales de electrones para acelerar dos haces de electrones (o haces de electrones positivos y negativos) que se mueven en direcciones opuestas después de alcanzar una dirección predeterminada. energía, los dos haces de electrones se alejan y se encuentran en un punto determinado. El haz de electrones que choca una vez se descarta y no se reutiliza. Por supuesto, esta opción sólo se considerará si la energía absorbida por estos haces de electrones abandonados por unidad de tiempo es menor que la potencia perdida de la radiación sincrotrón en el colisionador circular. Además, debido a la limitación del poder de aceleración lineal de los electrones, el número de pulsos de haz de electrones que se pueden proporcionar por segundo es limitado, por lo que el número de colisiones por unidad de tiempo es mucho menor que el del colisionador circular. para garantizar que el colisionador lineal y el colisionador circular tengan el mismo brillo, lo que requiere una mayor compresión de la sección transversal en el punto de colisión, que es entre docenas y cientos de veces más pequeña que la sección transversal de colisión en un colisionador circular. El progreso tecnológico ha hecho que este tipo de colisionadores atraigan más atención. Se están resolviendo varios problemas.