ಕಣ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ

ನೈಟ್ರೊಜನ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಮತ್ತು α-ಕಣಗಳ ನಡುವಿನ ವರ್ತನೆಯೊಂದನ್ನು ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ರುದರ್‌ಫರ್ಡ್ (1871-1937) ಆವಿಷ್ಕರಿಸಿದ (1919). ಅನಂತರ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಶೋಧನೆಗಳಲ್ಲಿ ನೈಸರ್ಗಿಕ ವಿಕಿರಣಪಟು ಧಾತುಗಳು ಹೊಮ್ಮಿಸುತ್ತಿದ್ದ α-ಕಣಗಳ ಬಳಕೆ ಇತ್ತು. ಈ ಕಣಗಳ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಕ್ಕೆ (ಸು. 8 ಮೆಗಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ವೋಲ್ಟ್, MeV) ಸಮವಾದ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಅಯಾನುಗಳಂಥ ಕಣಗಳನ್ನು ಒಯ್ಯುವುದು ಹೇಗೆ, ಅರ್ಥಾತ್, ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಲು ಬೇಕಾದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭವ ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದು ಹೇಗೆ ಎಂಬುದು ಯಕ್ಷಪ್ರಶ್ನೆಯಾಗಿದ್ದುದೇ ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ. ಅದಕ್ಕಿಂತ ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯುಳ್ಳ ಅಯಾನುಗಳೂ ಉಪಯುಕ್ತ ಎಂದು ಜಾರ್ಜ್ ಗ್ಯಾಮೊ (1904-68) ಗಣಿತೀಯವಾಗಿ ಸಾಧಿಸಿದ್ದು (1928) ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ ನಿರ್ಮಾಣ ಪ್ರಯತ್ನಗಳಿಗೆ ಚಾಲನೆ ನೀಡಿತು. ಕೇಂಬ್ರಿಜ್‌ನ ಕ್ಯಾವೆಂಡಿಶ್ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದ ಜಾನ್ ಡೌಗ್ಲಾಸ್ ಕಾಕ್‌ಕ್ರಾಫ್ಟ್ (1897-1967) ಮತ್ತು ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ಥಾಮಸ್ ಸಿಂಟನ್ ವಾಲ್ಟನ್ (1903-95) ಈ ಪ್ರಯತ್ನದಲ್ಲಿ ಮೊದಲು ಯಶಸ್ವಿಯಾದರು (1932). ಇವರು ದಿಷ್ಟಕಾರೀ (ರೆಕ್ಟಿಫೈಯಿಂಗ್) ಡಯೋಡ್ ಸ್ವಿಚ್‌ಗಳ ನೆರವಿನಿಂದ ಜೋಡಿಸಿದ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳ ಜಟಿಲ ಒಟ್ಟಿಲಿನಿಂದ (ಸ್ಟ್ಯಾಕ್) ರಚಿತವಾದ ವಿಶಿಷ್ಟ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ಗುಣಕ ನಿರ್ಮಿಸಿದರು. ಇದನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಿ 200 ಕಿಲೊವೋಲ್ಟ್ ಪರಿವರ್ತಕದಿಂದ 800 ಕಿಲೊವೋಲ್ಟ್ ವಿಭವ ಸೃಷ್ಟಿಸಿದರು. ಈ ವಿಭವ ಪ್ರಯೋಗಿಸಿ ಸು. 2.5 ಮೀ ಉದ್ದದ ನಿರ್ವಾತ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿತ ಪ್ರೋಟಾನುಗಳನ್ನು ಪಡೆದುದಲ್ಲದೆ ಲೀತಿಯಮ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸನ್ನು ಎರಡು α-ಕಣಗಳಾಗಿ ವಿಘಟಿಸಿದರು. ಇಂದಿನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ ನಿರ್ಮಾಣದಲ್ಲಿ ಆ ಕಾಲದ ಇತರ ಅನೇಕ ಆವಿಷ್ಕೃತ ತತ್ತ್ವಗಳು ಬಳಕೆಯಲ್ಲಿವೆ. ರಾಬರ್ಟ್ ಜೆಮಿಸನ್ ವಾನ್ ಡಿಗ್ರಾಫ್ (1901-67) ನಿರ್ಮಿಸಿದ (1931) ಮೊದಲನೆಯ ಪಟ್ಟಿ-ಆವಿಷ್ಟ ಸ್ಥಾಯೀವೈದ್ಯುತ ಉಚ್ಚ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಉತ್ಪಾದಕ (ಬೆಲ್ಟ್-ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೊಸ್ಟ್ಯಾಟಿಕ್ ಹೈ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಜನರೇಟರ್) ಅಥವಾ ವಾನ್ ಡಿಗ್ರಾಫ್ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ ಮತ್ತು ರಾಲ್ಫ್ ವೈಡೆರೂಯ್ (1902-96) ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದ (1928) ರೇಖೀಯ ಅನುರಣನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕದ^[೩][೪] (ಲೀನಿಯರ್ ರೆಸೊನೆನ್ಸ್ ಆ್ಯಕ್ಸಿಲರೇಟರ್) ತತ್ತ್ವ (ಸ್ವೀಡನಿನ ಗುಸ್ಟಾವ್ ಐಸಿಂಗ್ ಎಂಬಾತನ ಈ ಕುರಿತಾದ (1924) ಸಚಿತ್ರಲೇಖನದಿಂದ ಸ್ಫೂರ್ತಿ ಪಡೆದ ಈತ ಪರ್ಯಾಯ ಉಚ್ಚವೋಲ್ಟೇಜ್ ಪ್ರಯೋಗಿಸಿ ಸೋಡಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಪೊಟ್ಯಾಸಿಯಮ್ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಉಚ್ಚಶಕ್ತಿಗೆ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಿದ) ಇದಕ್ಕೆ ಉದಾಹರಣೆಗಳು. ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ಆರ್ಲ್ಯಾಂಡೊ ಲಾರೆನ್ಸ್ (1901-58) ಮತ್ತು ಆತನ ಸಹಾಯಕ ಡೇವಿಡ್ ಎಚ್. ಸ್ಲೊಆ್ಯನ್ ಉಚ್ಚ-ಆವೃತ್ತಿ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸಿ ಪಾದರಸದ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು 1.2 ಮೆಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ವೋಲ್ಟ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಿ ವೈಡೆರೂಯ್‌ನ ಸಾಧನೆಯನ್ನು ಪುಷ್ಟೀಕರಿಸಿದ. ವೈಡೆರೂಯ್‌ನ ರೇಖೀಯ ಅನುರಣನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ್ಕೆ ಪರ್ಯಾಯವಾಗಿ ಕಾಂತೀಯ ಅನುರಣನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕದ (ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ ರೆಸೊನೆನ್ಸ್ ಆ್ಯಕ್ಸೆಲರೇಟರ್) ಅಥವಾ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ ಕಲ್ಪನೆಯ ಜನಕನೂ ಲಾರೆನ್ಸ್.

ಈತ ತನ್ನ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿ ಮಿಲ್ಟನ್ ಸ್ಟ್ಯಾನ್ಲಿ ಲಿವಿಂಗ್‌ಸ್ಟನ್‌ನ (1905-86) ನೆರವಿನಿಂದ 80 ಕಿಲೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ವೋಲ್ಟ್ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದರ ಮೂಲಕ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನಿನ ತತ್ತ್ವವನ್ನು ಸಾಧಿಸಿ (1931) ತೋರಿಸಿದ. ತದನಂತರ 1 MeV ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಪ್ರೋಟಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಲ್ಲ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ ನಿರ್ಮಿಸಿದರು (1932). ಆ ದಶಕದ ಕೊನೆಯ ವೇಳೆಗೆ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ ಶಕ್ತಿ 25 MeV ಮತ್ತು ವಾನ್ ಡಿಗ್ರಾಫ್ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ ಶಕ್ತಿ 4 MeV ತಲಪಿತು. ಡೊನಾಲ್ಡ್ ವಿಲಿಯಮ್ ಕೆರ್ಸ್ಟ್ (1911-93) ಕಕ್ಷೆ ಸಂಬಂಧಿತ ಜಾಗರೂಕ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಕಾಂತಗಳ ವಿನ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಅನ್ವಯಿಸಿ ಮೊದಲನೆಯ ಬೀಟಟ್ರಾನ್, ಅರ್ಥಾತ್, ಕಾಂತೀಯ ಪ್ರೇರಣ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ (ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ ಇಂಡಕ್ಷನ್ ಆ್ಯಕ್ಸೆಲರೇಟರ್) ನಿರ್ಮಿಸಿದ (1940). ಎಡ್ವಿನ್ ಮ್ಯಾಟ್ಟಿಸನ್ ಮ್ಯಾಕ್‌ಮಿಲನ್ (1907-91) ಮತ್ತು ವ್ಲಾದಿಮಿರ್ ವೆಸ್ಲರ್ (1907-66) ಎರಡನೆಯ ಮಹಾಯುದ್ಧಾನಂತರ ಈ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಾದ ತೀವ್ರ ಬೆಳೆವಣಿಗೆಯ ರೂವಾರಿಗಳು. ಇವರೀರ್ವರು ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ವರ್ಣಿಸಿದ (1945) ಪ್ರಾವಸ್ಥೆ ಸ್ಥಿರತೆಯ ತತ್ತ್ವ ಅನುರಣನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದಾದ ಪ್ರೋಟಾನುಗಳ ಶಕ್ತಿಮಿತಿಯನ್ನು ತೆಗೆದು ಹಾಕಿತು. ತತ್ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಕಾಂತೀಯ ಅನುರಣನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ, ಅರ್ಥಾತ್, ಸಿಂಕ್ರೊಟ್ರಾನ್, ಪ್ರೋಟಾನ್‌ರೇಖೀಯ ಅನುರಣನ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್‌ಸಿಂಕ್ರೊಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ನಿರ್ಮಾಣವಾಯಿತು. ಮೈಕ್ರೊವೇವ್ ತಂತ್ರವಿದ್ಯೆ ಆಧಾರಿತ ಚಲನೀಯ ತರಂಗ (ಟ್ರ್ಯಾವೆಲಿಂಗ್ ವೇವ್) ರೇಖೀಯ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕವನ್ನು ಮೊದಲು ನಿರ್ಮಿಸಿದ್ದು (1947) ವಿಲಿಯಮ್ ಹ್ಯಾನ್ಸೆನ್ (1909-49). ಪ್ರೋಟಾನುಗಳ ಶಕ್ತಿ ಏರಿಕೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸಂಶೋಧನೆಗಳ ಪ್ರಗತಿಯ ಪರಿಣಾಮವೇ ತದನಂತರ ಕಾಣಿಸಿಕೊಂಡ ಬೃಹದ್ಗಾತ್ರದ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ ನಿರ್ಮಿಸುವ ಪ್ರವೃತ್ತಿ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಡಿವಾಣ ಹಾಕಿದ್ದು ದೊಡ್ಡ ಕಾಂತ ರಿಂಗುಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲು ಆಗುವ ವೆಚ್ಚ. ಲಿವಿಂಗ್‌ಸ್ಟನ್, ಅರ್ನೆಸ್ಟ್ ಡಿ ಕೂರಾಂಟ್ ಮತ್ತು ಹಾರ್ಟ್‌ಲ್ಯಾಂಡ್ ಎಸ್. ಸ್ನೈಡರ್ ಇವರು ಪರ್ಯಾಯ ಪ್ರವಣತೆ ನಾಭಿಸುವಿಕೆ (ಆಲ್ಟರ್ನೇಟಿಂಗ್ ಗ್ರೇಡಿಯೆಂಟ್ ಫೋಕಸಿಂಗ್) ತಂತ್ರ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ಉಪಕರಣದ ಗಾತ್ರ ಹಿಗ್ಗಿಸದೆ ಶಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ವಿಧಾನ ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದರು (1952). ಈ ತತ್ತ್ವ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ಕಾಂತದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಮೊದಲಿನದ್ದರ 1/100ರಷ್ಟಕ್ಕೆ ಕುಗ್ಗಿಸುವುದು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. ಪರಸ್ಪರ ಛೇದಿಸುವ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಕಣಸಮೂಹಗಳನ್ನು ಇಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವುದು ಸಾಧ್ಯವಾದರೆ ಪರಸ್ಪರ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ಕಣಗಳು ಢಿಕ್ಕಿಹೊಡೆದಾಗ ಜರಗುವ ಕ್ರಿಯೆ ವೀಕ್ಷಿಸಲು ಸಾಧ್ಯ ಎಂಬ ಅಂಶ ಕೆರ್ಸ್ಟ್‌ನಿಗೆ ಹೊಳೆಯಿತು (1956). ಸಂಗ್ರಹ ರಿಂಗುಗಳು (ಸ್ಟೋರೇಜ್ ರಿಂಗ್) ಎಂಬ ಹೆಸರಿನ ಕುಣಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಸಂಚಯಿಸಿದರೆ ಇದು ಸಾಧ್ಯ. ಕಣಗಳ ಪರಸ್ಪರ ವರ್ತನೆಯಿಂದ ಅತ್ಯುಚ್ಚ ಶಕ್ತಿ ಲಭ್ಯವಾಗಿರುವುದು ಈ ತಂತ್ರದ ಅನ್ವಯದಿಂದ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳಲ್ಲಿ ಇದೆ (ಉದಾ: ಕೊಲೈಡಿಂಗ್ ಬೀಮ್ ಸ್ಟೋರೇಜ್ ರಿಂಗ್ಸ್, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಟೋರೇಜ್ ರಿಂಗ್ಸ್).

ಕಣ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳಲ್ಲಿ ಎರಡು ಬಗೆ: ರೇಖೀಯ (ಲೀನಿಯರ್, ಲಿನ್ಯಾಕ್) ಮತ್ತು ವರ್ತುಲೀಯ (ಸರ್ಕ್ಯುಲರ್, ಸಿಂಕ್ರೊಟ್ರಾನ್). ರೇಖೀಯ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕದ ಉದ್ದ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದಷ್ಟೂ ಅದು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಕಣಗಳ ಶಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ವರ್ತುಲೀಯ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕವಾದರೋ ವರ್ತುಲೀಯ ಪಥದಲ್ಲಿ ಕಣಗಳು ಅನೇಕ ಬಾರಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುವುದರ ಮೂಲಕ ಕಣಗಳ ಶಕ್ತಿ ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

ರೇಖೀಯ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳು ಅಥವಾ ಲೈನ್ಯಾಕ್‌ಗಳು

ಇವು ನಿರ್ವಾತ ಉತ್ಕರ್ಷಕ ಕೊಳವೆಯೊಳಗೆ ಅನುಕ್ರಮ ನಳಿಕೆಗಳ ನಡುವೆ ಕೊಂಚ ಅಂತರವಿರುವಂತೆ ಸ್ಥಾಪಿಸಿದ ಅನೇಕ ಚಿಕ್ಕ ಲೋಹನಳಿಕೆಗಳ ಮೂಲಕ ಉಚ್ಚ ಪರ್ಯಾಯ ವೋಲ್ಟೇಜುಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಸರಳರೇಖೀಯ ಪಥದಲ್ಲಿ ಕಣಗಳನ್ನು ದಬ್ಬುತ್ತವೆ. ಒಂದು ನಳಿಕೆಗೂ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೂ ನಡುವೆ ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಗಾತ್ರ ಮತ್ತು ದಿಶೆಯ ವಿಭವಾಂತರ ಸೃಷ್ಟಿಸುವುದರಿಂದ ನಳಿಕೆಯಿಂದ ನಳಿಕೆಗೆ ಪಯಣಿಸುವಾಗ ಆವಿಷ್ಟಕಣಗಳ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಲೈನ್ಯಾಕ್‌ಗಳು ಕಣಗಳಿಗೆ ಒದಗಿಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿಗೆ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಮೇಲ್ಮಿತಿ ಇಲ್ಲ. ಪ್ರಪಂಚದ ಅತಿ ದೊಡ್ಡ ಲೈನ್ಯಾಕ್ ಸ್ಟ್ಯಾನ್‌ಫರ್ಡ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದಲ್ಲಿದೆ. ಇದರ ಉದ್ದ 3.2 ಕಿಮೀ. ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು 50 ಗಿಗಾಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ವೋಲ್ಟ್ (GeV) ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಒಯ್ಯುತ್ತದೆ.

ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್

ಮೇಲ್ನೋಟಕ್ಕೆ ಬಿಗಿಯಾಗಿ ಸುರುಳಿ ಸುತ್ತಿದ ಲೈನ್ಯಾಕ್‍ನಂತೆ ತೋರುವ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ಅನೇಕ ನಳಿಕೆಗಳ ಬದಲು ಆ ಆಕಾರದ ಎರಡು ನಿರ್ವಾತ ಕೋಷ್ಠಗಳಿರುತ್ತವೆ. ‘ಡೀ’ ಎಂಬ ಹೆಸರಿನ ಇವನ್ನು ಹಿಂದು ಮುಂದಾಗಿ (D ಈ ರೀತಿ) ಸ್ಥಾಪಿಸಿರುತ್ತಾರೆ. ಪ್ರಬಲ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ ಸೃಷ್ಟಿಸುವ ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರ ಕಣಗಳು ವೃತ್ತೀಯ ಪಥದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಡೀಗಳ ನಡುವೆ ಪರ್ಯಾಯ ವಿಭವಾಂತರ ಇರುವುದರಿಂದ ಕಣಗಳು ಅವುಗಳ ನಡುವಿನ ಕಂಡಿಯನ್ನು ದಾಟುವಾಗಲೆಲ್ಲ ಚಲನೆಯ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿಯೇ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷ ಗಳಿಸುತ್ತವೆ. ಡೀಗಳ ಒಳಗೆ ಅವುಗಳ ಜವ (ಸ್ಪೀಡ್) ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆರ್ಜಿತ ಶಕ್ತಿ ಅಧಿಕಾಧಿಕವಾದಂತೆ ಕಣಗಳು ಸುರುಳಿಯಾಕಾರದ ಪಥದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತ ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಉದ್ದೇಶಿತ ಲಕ್ಷ್ಯ ಸೇರುತ್ತವೆ. ಬೆಳಕಿನ ಜವವನ್ನು ಸಮೀಪಿಸುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಕಣಗಳ ರಾಶಿ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಭವಿಷ್ಯವಾಣಿಯಂತೆ ಅಧಿಕಾಧಿಕಗೊಳ್ಳುವುದರಿಂದ ಅವನ್ನು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ್ಕೊಳಪಡಿಸಲು ಕ್ರಮೇಣ ಹೆಚ್ಚುಹೆಚ್ಚು ಶಕ್ತಿ ವ್ಯಯಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಡೀಗಳ ನಡುವಿನ ಕಂಡಿಯಲ್ಲಿಯ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷ ಸ್ಪಂದನಗಳು (ಪಲ್ಸ್) ಅಸಮಪ್ರಾವಸ್ಥೆಗೊಳಗಾಗುತ್ತವೆ (ಔಟ್ ಆಫ್ ಫೇಸ್). ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಿದ್ದು ವೆಕ್‌ಸ್ಲರ್ ಮತ್ತು ಮ್ಯಾಕ್‌ಮಿಲನ್ ಪ್ರತಿಪಾದಿತ ತತ್ತ್ವಾಧಾರಿತ ಸಿಂಕ್ರೊಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ ಅಥವಾ ಆವೃತ್ತಿ ಮಾಡ್ಯುಲಿತ (ಫ್ರಿಕ್ವೆನ್ಸಿ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟೆಡ್) ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್. ಕಣಗಳನ್ನು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸುವ ಆಂದೋಲಕ (ಆಸಿಲೇಟರ್) ಅಥವಾ ರೇಡಿಯೊಆವೃತ್ತಿ ಉತ್ಪಾದಕ ಮತ್ತು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿತ ಕಣಗಳು ಏಕಪ್ರಾವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿರುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಇದರಲ್ಲಿದೆ. ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟದ ಏರಿಕೆಗೆ ಅನುಪಾತೀಯವಾಗಿ ಸಿಂಕ್ರೊಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನಿನ ಗಾತ್ರವೂ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಜಗತ್ತಿನ ಅತ್ಯಂತ ದೊಡ್ಡ ಸಿಂಕ್ರೊಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ ರಷ್ಯದಲ್ಲಿದೆ. ಪ್ರೋಟಾನುಗಳಿಗೆ 700 MeV ಶಕ್ತಿ ನೀಡಬಲ್ಲ ಇದರ ಹೆಸರು ಫಾಸೊಟ್ರಾನ್. 6 ಮೀ ವ್ಯಾಸವುಳ್ಳ ಇದರ ಕಾಂತಗಳ ತೂಕ 6984 ಟನ್. ಮಿಶಿಗನ್ ಸ್ಟೇಟ್ ಯೂನಿವರ್ಸಿಟಿಯ ನ್ಯಾಷನಲ್ ಸುಪರ್‌ಕಂಡಕ್ಟಿಂಗ್ ಲ್ಯಾಬೊರೇಟರಿಯಲ್ಲಿ ಸ್ಥಾಪಿತವಾಗಿರುವ (1988) ಅತ್ಯಂತ ಶಕ್ತಿಶಾಲೀ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ (ಏ1200) ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ಗಳನ್ನು 8 GeV ಶಕ್ತಿಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ.

ಬೀಟಟ್ರಾನ್

ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ರಾಶಿ ಕ್ಷಿಪ್ರಗತಿಯಲ್ಲಿ ವೃದ್ಧಿಸುತ್ತದೆ. 1 MeV ಶಕ್ತಿಯುಳ್ಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ರಾಶಿ ಅಚಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನದಕ್ಕಿಂತ ಮೂರು ಮಡಿ ಹೆಚ್ಚು. ಈ ಪ್ರಮಾಣದ ರಾಶಿ ಏರಿಕೆಯನ್ನು ತಾಳಿಕೊಳ್ಳಬಲ್ಲ ಸೈಕ್ಲೊಟ್ರಾನ್ ನಿರ್ಮಿಸುವುದು ಕಷ್ಟ. ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲೋಸುಗ ಸೃಷ್ಟಿಯಾಯಿತು ಬೀಟಟ್ರಾನ್. ಇದರಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತದ ಧ್ರುವಗಳ ನಡುವೆ ಕಜ್ಜಾಯ (ಡೋ ನಟ್) ಆಕಾರದ ನಿರ್ವಾತ ಕೋಷ್ಠವಿದೆ. ಮಾರ್ಗದರ್ಶೀಕ್ಷೇತ್ರ ಎಂಬ ಹೆಸರಿನ ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಚಕ್ರೀಯ ಪಥದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಪರ್ಯಾಯ ವಿದ್ಯುತ್ಪ್ರವಾಹ ಪ್ರೇರೇಪಿತ ಬದಲಾಗುತ್ತಿರುವ ಕಾಂತಫ್ಲಕ್ಸ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ. ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಕ್ಷೇತ್ರ ಮತ್ತು ಕಾಂತಫ್ಲಕ್ಸ್ ಯುಕ್ತಕಾಲದಲ್ಲಿ ಯುಕ್ತ ಬದಲಾವಣೆ ಮಾಡಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಚಕ್ರೀಯ ಕಕ್ಷೆಯ ತ್ರಿಜ್ಯ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಇದೆ.

ಸಿಂಕ್ರೊಟ್ರಾನ್

ಇದು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ ಪೈಕಿ ಅತ್ಯಂತ ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ. ಕಣಗಳು ಪಯಣಿಸಲು ರಿಂಗಿನಾಕಾರದ ಒಂದು ಕೊಳವೆ; ಕೊಳವೆಯ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿಯೇ ಕಣಗಳು ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುವ ಕಾಂತಜೋಡಣೆ; ಇತರ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ ನೆರವಿನಿಂದ ಅನೇಕ ಮಿಲಿಯನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ವೋಲ್ಟ್ ಶಕ್ತಿಗಳಿಸಿರುವ ಕಣಗಳಿಗೆ ಮಾತ್ರ ಪ್ರವೇಶಾವಕಾಶ; ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕದ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಬಿಂದುಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಕಣಗಳು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷವಾಗುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆ-ಇವು ಇದರ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯಗಳು. ಕೆಲವೇ ಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ 1 GeV ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಶಕ್ತಿಯುಳ್ಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಬಳಕೆಗೆ ಲಭ್ಯ. ಪ್ರೋಟಾನ್ ಅಥವಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ್ಕೆ ಇದು ಉಪಯುಕ್ತ. ಅಮೆರಿಕದ ಫರ್ಮಿ ನ್ಯಾಷನಲ್ ಆ್ಯಕ್ಸೆಲರೇಟರ್ ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಲ್ಲಿ ಇರುವ ಟೆವಟ್ರಾನ್ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ ಕಣಗಳಿಗೆ 1 TeV (T:ಟೆಟ್ರ) ಶಕ್ತಿ ನೀಡಬಲ್ಲ ಶಕ್ತಿಶಾಲೀ ಉಪಕರಣ.

ಸಂಗ್ರಹ ರಿಂಗು ಸಂಘಟ್ಟಕಗಳು (ಸ್ಟೋರೇಜ್ ರಿಂಗ್ ಕೊಲೈಡರ್ಸ್)

ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕ ಮತ್ತು ಸಂಗ್ರಹರಿಂಗುಗಳ ಸಂಯೋಜನೆ. ಕಣಗಳ ಎರಡು ಗುಂಪುಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಿ, ಸಂಗ್ರಹರಿಂಗುಗಳೊಳಕ್ಕೆ ರವಾನಿಸಿ, ಅಲ್ಲಿ ಅವು ಮುಖಾಮುಖಿ ಸಂಘಟ್ಟಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಇದೆ.

ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಉಪ ಪರಮಾಣು ಕಣಗಳ ಸಂಶೋಧನೆಗೆ ಮತ್ತು ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಇದನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. ಪ್ರಾಕೃತಿಕವಾಗಿ ಅತ್ಯಂತ ಭಾರವಾದ ಯುರೇನಿಯಮ್‍ಗಿಂತಲೂ ಭಾರವಾದ ಕೃತಕ ಮೂಲಧಾತುಗಳ ಸೃಷ್ಟಿ ಹಾಗೂ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಕೂಡ ಇದನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸುತ್ತಾರೆ. ಕಣ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕದ ಇನ್ನೊಂದು ಮಾದರಿಯಾದ 'ಆಟಂ ಸ್ಮಾಶರ್ಸ್' (Atom Smashers)ನ್ನು ಬೈಜಿಕ ಕೇಂದ್ರಗಳ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತಿದೆ. ಉದ್ಯಮಗಳಲ್ಲಿ ಗಣಕಯಂತ್ರಗಳ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಚಿಪ್‌ಗಳ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‍ಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಕೆಯಲ್ಲಿದೆ. ವೈದ್ಯಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಅರ್ಬುದರೋಗ ಪತ್ತೆ ಹಾಗೂ ನಿವಾರಣೆಗೆ ಬಳಕೆಯಾಗುತ್ತಿದೆ.

ಉಚ್ಚಶಕ್ತಿ ಕಣಗಳ ದೂಲ ಪ್ರಯೋಗಿಸಿ ಗಂತಿ ನಾಶ ಸಾಧ್ಯ. ರೇಡಿಯೊಸಮಸ್ಥಾನಿಗಳ ಸೃಷ್ಟಿ, ಪರಮಾಣುಗಳ ಹಾಗೂ ಅವುಗಳ ಘಟಕಗಳ ಮತ್ತು ಮೂಲಕಣಗಳ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಕಗಳ ಬಳಕೆ ಅನಿವಾರ್ಯ. ಮಹಾಬಾಜಣೆ (ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್) ಸನ್ನಿವೇಶದಲ್ಲಿ ಆಗಿರಬಹುದಾದ ಪ್ರಚಂಡ ಸಂಘಟ್ಟನೆಗಳನ್ನು ಹೋಲುವಂಥವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸಿ ಅಧ್ಯಯಿಸಲು ಉಪಯುಕ್ತ.

ವೇಗವರ್ಧಿತ ಕಣಗಳ ಶಕ್ತಿಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತೀಯವಾಗಿ ದ್ರವ್ಯ ಸಂರಚನೆಯ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಇದರ ಉಪಯುಕ್ತತೆ ಹೆಚ್ಚುವುದರಿಂದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಧಿಕಾಧಿಕಗೊಳಿಸುವ ನಿರಂತರ ಪ್ರಯತ್ನ ಮುಂದುವರಿಯುತ್ತಿದೆ.