કણપ્રવેગકો

કણપ્રવેગકો (particle accelerators) : પરમાણુ-બંધારણના અભ્યાસ માટે જરૂરી, પ્રચંડ ઊર્જા ધરાવતા કણો ઉત્પન્ન કરવા માટેનાં ઉપકરણો. તેમની મદદથી વિદ્યુતભારિત કણોને પ્રવેગિત કરી તેમની ગતિજ ઊર્જામાં બહુ મોટા પ્રમાણમાં વધારો કરી શકાય છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા આવા કણોમાં ઇલેક્ટ્રૉન પ્રોટૉન, ડ્યૂટરોન અને આલ્ફા કણોનો સમાવેશ થાય છે. કાર્બન, બેરિલિયમ, ઑક્સિજન અને નિયૉન જેવા ભારે નાભિકોને પણ પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે. કણપ્રવેગકની કાર્યવહીના પાયાના સિદ્ધાન્તમાં વિદ્યુતવિભવના મોટા તફાવત ઉત્પન્ન કરવા માટેની યુક્તિઓનો સમાવેશ થાય છે. આયન-ટ્યૂબો સાથે તેમનું યોગ્ય સંયોજન કરી આયનોને પ્રવેગિત કરી તેમને ઉચ્ચ ઊર્જાયુક્ત બનાવવામાં આવે છે. મેસૉન, ઍન્ટિપ્રોટૉન, ઍન્ટિન્યૂટ્રૉન જેવા કણોને લગતા સંશોધનકાર્યમાં પ્રવેગક ઉપકરણોનો ફાળો મહત્વનો છે. પ્રવેગકોમાં જરૂરી સુધારાવધારા કરી ન્યૂક્લિય સંરચના, ન્યૂક્લિય બળો અને પ્રબળ તથા નિર્બળ આંતરક્રિયાઓની સાથે સંકળાયેલી સમસ્યાઓનો અભ્યાસ કરી શકાય છે. હાલમાં ન્યૂક્લિય વિજ્ઞાનની ઝડપથી વિકાસ પામી રહેલી ઉચ્ચ ઊર્જાકણ-ભૌતિકી તરીકે જાણીતી વિજ્ઞાનશાખામાં, પ્રવેગક એક આધારભૂત ઉપકરણ ગણાય છે. તેને કારણે છેલ્લી અર્ધી સદી દરમિયાન તે ક્ષેત્રે અસાધારણ ઝડપી વિકાસ સાધી શકાયો છે.

આયન ઉદગમો(સ્રોતો)માંથી પ્રાપ્ત વિદ્યુતભારિત કણોને વિદ્યુતક્ષેત્રો દ્વારા, ક્ષેત્રની દિશામાં પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રો, કણ-ગતિની દિશાને લંબ દિશામાં બળ ઉત્પન્ન કરે છે. તે કણની ઊર્જામાં ફેરફાર કરી શકતાં નથી, પરંતુ ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં ઉદભવતા અતિશય લાંબા કણપથમાં વૃત્તીય કક્ષાઓ ઉત્પન્ન કરવા, ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પરિવર્તી (changing) ચુંબકીય ક્ષેત્રો વિદ્યુતભારિત કણોને પ્રવેગિત કરી શકે છે. વિદ્યુતક્ષેત્ર અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર એમ બંને અથવા બેમાંથી કોઈ પણ એકને વિદ્યુતભારિત કણ પર પ્રયોજિત કરવામાં આવે, તો કણ વિદ્યુતગતિવિજ્ઞાન(electrodynamics)ના નિયમોને અનુસરે છે.

પ્રવેગિત કરવામાં આવતા કણના પ્રકાર તથા કણના સ્રોતને ધ્યાનમાં રાખીને કણપ્રવેગકોની રચના તથા કાર્યવહીનું યોગ્ય આયોજન કરવામાં આવતું હોય છે. નિમ્નવોલ્ટતા ધરાવતા પ્રત્યાવર્તી (alternating) વિદ્યુતપ્રવાહસ્રોતમાંથી મોટો વિદ્યુત-વિભવાંતર (potential difference, p.d.) પ્રાપ્ત કરવા વપરાતી સામાન્ય રીતોમાંની એક રીત, ‘સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફૉર્મર’ની છે. ધન આયનો તથા ઇલેક્ટ્રૉન સાથે સંકળાયેલા પ્રયોગોમાં પ્રત્યાવર્તી વિદ્યુતપ્રવાહને બદલે એકદિશ વિદ્યુતપ્રવાહ(direct current)ની જરૂર પડે છે. એકદિશીકરણ(rectification) માટે બે ઘટકો(elements)વાળી થર્મિયૉન નળીઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફૉર્મરનાં ગૌણ ગૂંચળાં(secondary coils)ને શ્રેણીમાં જોડીને દસ લાખ વોલ્ટથી પણ વધુ વિદ્યુતવિભવાંતર પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આવી પ્રયુક્તિઓ વડે કુલીજ પ્રકારની ઍક્સ-કિરણ નળીઓમાં ઇલેક્ટ્રૉનને પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે.

પ્રવેગકોના બીજા સમૂહમાં સાઇક્લોટ્રૉન અને બીટાટ્રૉન જેવાં સાધનોનો સમાવેશ થાય છે. સાઇક્લોટ્રૉન દ્વારા ધન આયનોને અને બીટાટ્રૉન દ્વારા ઋણ ઇલેક્ટ્રૉનને પ્રવેગિત કરી જરૂરી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે. સાધનોની રચના તથા કાર્યને અનુરૂપ તેમના વડે પ્રવેગિત કરાયેલા વિદ્યુતભારિત કણ વર્તુળાકાર પથ પર અનેક વાર ગતિ કરી, પ્રત્યેક પરિભ્રમણમાં વિશેષ ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે. સિન્ક્રો-સાઇક્લોટ્રૉન, પ્રોટૉન સિન્ક્રોટ્રૉન અથવા બીટાટ્રૉન-સિન્ક્રોટ્રૉન અને કૉસ્મોટ્રૉન જેવા કણપ્રવેગકોને એવા જૂથમાં સમાવી શકાય, જેના ઉપયોગમાં કલાસ્થાયિત્વ(phase-stability)ની ઘટનાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પ્રવેગકોના અન્ય સમૂહમાં રેખીય પ્રવેગકોનો સમાવેશ કરી શકાય છે. અહીં કણો સુરેખ પથ પર ગતિ કરે છે તથા પથ પરનાં નિશ્ચિત સ્થાનો પર તેમની ઊર્જામાં ઉત્તરોત્તર વધારો થતો હોય છે. આવા પ્રવેગકો દ્વારા ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રૉન અને પ્રોટૉન મેળવવામાં આવે છે.

સ્થિતવિદ્યુત પ્રવેગકો (electrostatic accelerators) : સ્થિતવિદ્યુત પ્રવેગકોમાં બે છેડા (terminal) વચ્ચે વિદ્યુતવિભવનો ઘણો મોટો તફાવત ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે અને બંને છેડા વચ્ચેના અવકાશમાંથી પસાર થાય તે દરમિયાન વિદ્યુતભારિત કણોને પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે. હાલનાં કેટલાંક જૂજ જનરેટર દસ લાખ વોલ્ટની મર્યાદામાં વિદ્યુતવિભવનો તફાવત ઉત્પન્ન કરે છે. એમાં કૉકક્રૉફ્ટ-વૉલ્ટન અને વાન-દ-ગ્રાફ જનરેટર જેવાં બે ઉપકરણો કણપ્રવેગકો તરીકે લાંબા સમયથી ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે.

મૅસેચૂસેટ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ટેક્નૉલૉજીના પ્રોફેસર વાન-દ-ગ્રાફ દ્વારા નિર્મિત જનરેટરની મદદથી અનેક લાખ વોલ્ટનો વિદ્યુતવિભવનો તફાવત ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. નળી સાથે ધન આયન વાપરવામાં આવે ત્યારે તે ધન આયનોને અનેક MeVની ઊર્જા આપી શકે છે. 1931માં રૉબર્ટ વાન-દ-ગ્રાફ દ્વારા નિર્મિત ઉચ્ચ વોલ્ટના સ્થિતવિદ્યુત જનરેટરનો સિદ્ધાંત આકૃતિ 1 દ્વારા દર્શાવેલ છે. ગરગડીઓ P₁-P₂ પરથી ઝડપથી ફરતો પટો B અવાહક પદાર્થનો બનેલો હોય છે. તળિયે આવેલી ગરગડી P₁ને મોટર દ્વારા ફેરવવામાં આવે છે, જ્યારે ગરગડી P₂ને પ્રમાણમાં મોટી ત્રિજ્યાવાળા ધાતુના પોલા ગોળાકાર Sમાં રાખવામાં આવે છે. લગભગ 10,000 વોલ્ટનો વિદ્યુતવિભવ ઉત્પન્ન કરી શકે તેવા ડી.સી. જનરેટર દ્વારા ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતભારનો, તળિયે રાખેલા ધાતુના કાંસકા (metallic comb) C₁ દ્વારા પટા B પર છંટકાવ કરવામાં આવે છે. તેને પટા B દ્વારા ઉપરની તરફ અવાહક ધાતુના પોલા ગોળા Sમાં લઈ જવામાં આવે છે અને ઉપરની તરફ રાખેલા ધાતુના બીજા કાંસકા C₂ દ્વારા, પટા પરના વિદ્યુતભારનું ગોળા Sની સપાટી પર સ્થાનાંતરણ કરવામાં આવે છે. તેથી હવે Sમાંથી નીચેની તરફ આવતો પટો વિદ્યુતભારવિહીન થઈ ફરી પાછો C₁ આગળ આવતાં પટો વિદ્યુતભારને ઉપરની તરફ લઈ જાય છે. આમ ગોળા Sની સપાટી પર વિદ્યુતભાર સતત વધુ ને વધુ પ્રમાણમાં એકઠો થઈને વહેંચાતો જાય છે, જ્યારે બીજી તરફ ગોળાની અંદરની સપાટી પર વ્યાવહારિક રીતે કોઈ વિદ્યુતભાર હોતો નથી. તેથી આ પ્રકારની ગોઠવણ દ્વારા ગોળાને ઘણા ઊંચા વિદ્યુતવિભવે લઈ જઈ શકાય છે. આપેલા વ્યાસના ગોળા માટે અમુક વિભવ કરતાં મોટા મૂલ્યના વિભવ માટે વીજરોધન (insulation) ભાંગી પડે છે અને નજીકના પદાર્થો જેવા કે પટો, દીવાલ, છત વચ્ચે મોટા પ્રમાણમાં તણખા ઝરે છે. ટૂંકમાં અહીં કેટલીક મુશ્કેલીઓનો ખ્યાલ રાખવો પડે છે. જનરેટરની કાર્યવહી અને કાર્યક્ષમતાની સુધારણાર્થે સમગ્ર જનરેટરને મોટી-જાડી દીવાલવાળી અને જામફળ આકારની પોલાદની ટાંકીમાં બંધ રાખવામાં આવે છે. તેમાં ઊંચા દબાણે હવા રાખવામાં આવે છે, જેને કારણે સંભવિત ભંગાણનો સહેલાઈથી સામનો કરી શકાય છે. હવાને બદલે બિનજ્વલનશીલ ફ્રીઓન વાયુનો પણ ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

અનેક સુધારાવધારાને અંતે 1940માં વિસ્કોન્સિન યુનિવર્સિટી ખાતે તૈયાર કરવામાં આવેલા ઉપકરણની કાર્યક્ષમતા 45 લાખ વોલ્ટ સુધીની હતી. ત્યારબાદ થયેલી પ્રગતિના આધારે કેમ્બ્રિજ (અમેરિકા) મેસેચૂસેટ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ટેકનૉલૉજી ખાતે 1950માં લગભગ 80 લાખ વોલ્ટ સુધી કાર્યરત થાય તેવું ઉપકરણ તૈયાર થયું હતું. જેમ ગુરુત્વાકર્ષી બળની અસરથી નીચે પડતો પદાર્થ પ્રવેગ પ્રાપ્ત કરે છે તેમ, સામાન્ય પ્રકારના સૌથી સરળ પ્રવેગકમાં વિદ્યુતભાર ધરાવતા કણને સ્થાયી વિદ્યુતક્ષેત્ર દ્વારા તેના તરફ આકર્ષવામાં આવે છે. કણ V જેટલા વિદ્યુતવિભવના તફાવતમાંથી પસાર થાય અને તેની પરનો વીજભાર e હોય, તો કણ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઊર્જા eV જેટલી હોય છે. 1 વોલ્ટના વિદ્યુતવિભવના તફાવત હેઠળ પસાર થતા ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જામાં થતા ફેરફારને 1 eV (ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ) કહે છે.

જરૂરિયાતને અનુરૂપ આ સાધનમાં યોગ્ય સુધારાવધારા થતા રહ્યા છે. ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રૉનને પ્રવેગિત કરવા માટે તથા 1 MeV અથવા તેથી વધુ ઊર્જા ધરાવતાં ઍક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન કરવા માટે, વાન-દ-ગ્રાફ જનરેટર ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું હતું.

કૉકક્રૉફટ–વૉલ્ટન પ્રવેગક (Cockcroft-Walten Accelerator) : આ પ્રવેગકમાં બે સ્તંભોના સંગ્રાહકોનું, એકદિશકારક શૂન્યાવકાશ નળીઓ સાથે આંતરજોડાણ કરવામાં આવે છે. આકૃતિ 2માં એકસરખી વિદ્યુતધારિતા ધરાવતા સંગ્રાહકો C₁, C₂, C₃ને શ્રેણીમાં જોડી એક સ્તંભ રચવામાં આવે છે અને એ રીતે સંગ્રાહકો C₄, C₅, C₆ને શ્રેણીમાં જોડી બીજો સ્તંભ રચવામાં આવે છે. બંને સ્તંભોને ડાયૉડ – એકદિશકારક દ્વારા આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ જોડવામાં આવે છે. વિદ્યુતસંગ્રાહકોને ઉચ્ચવોલ્ટતા (high tension) ‘સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફૉર્મર’ દ્વારા વિદ્યુતભારિત કરવામાં આવે છે. ટ્રાન્સફૉર્મર દ્વારા આપવામાં આવતો દોલનશીલ પ્રકૃતિનો વિભવ અને સ્વયંસંચાલિત સ્વિચ-પ્રકૃતિના એકદિશકારકોની સંયુક્ત કામગીરીથી વિદ્યુતસંગ્રાહકો વડે સ્તંભના તળિયેથી ટોચ તરફ સતત વિદ્યુતભાર જતો હોય છે. આ યોજના દ્વારા વધુ તબક્કાનો ઉપયોગ કરી પ્રમાણમાં ઘણો મોટો વિદ્યુતવિભવ મેળવી શકાય છે.

સાઇક્લોટ્રૉન : આ સાધન મહદંશે ન્યૂક્લિયર સંશોધન માટે વપરાય છે. તેની દ્વારા પ્રોટૉન, ડ્યૂટરૉન તથા બીજા ભારે અણુઓને પ્રવેગિત કરી તેમને ભારે ન્યૂક્લિયસનું ન્યૂક્લિયર રૂપાંતરણ કરવા જેટલા શક્તિશાળી બનાવી શકાય છે. લૉરેન્સ અને લિવિંગ્સ્ટન દ્વારા આ સાધન 1931માં વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. સાધનની રચનામાં એક સપાટ નળાકાર જેવો શૂન્યાવકાશ કરેલો કક્ષ (chamber) હોય છે. તેની અંદર અંગ્રેજી ‘D’ આકારની ધાતુની બે પોલી પેટીઓ હોય છે, જે ‘ડી’ તરીકે ઓળખાય છે. આ બંને ‘ડી’ વચ્ચે થોડીક જગ્યા રાખવામાં આવે છે. સાધનની રેખાકૃતિ આકૃતિ 3માં દર્શાવ્યા પ્રમાણેની છે.

બંને ‘ડી’ને ઊંચી આવૃત્તિ ધરાવતા દોલક (oscillator) સાથે જોડવામાં આવે છે. તેનો પ્રત્યાવર્તી વિદ્યુતવિભવ દસ હજાર વોલ્ટના ક્રમનો અને આવૃત્તિ 1 કરોડ સાઇકલ પ્રતિ સેકન્ડ જેટલી હોય છે. સમગ્ર સાધનને પ્રબળ વિદ્યુતચુંબકના બે ધ્રુવીય ખંડો (pole pieces) વચ્ચે રાખવામાં આવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશા ‘ડી’ના સમતલને લંબ હોય છે. S આગળ ધન આયન ઉત્પન્ન કરવા માટેની ખાસ યોજના હોય છે. આવું ધન આયન ઉત્પન્ન થતાં, તે ક્ષણે બેમાંનો જે ‘ડી’ ઋણ હોય તેની તરફ આકર્ષાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર ‘ડી’ના સમતલને લંબ હોવાને કારણે તે ‘ડી’ની અંદર, આયન અર્ધ-વર્તુળાકાર પથ પર ગતિ કરી બે ‘ડી’ની વચ્ચે આવેલા અવકાશમાં પાછું આવે છે. આ સમય દરમિયાન જો બે ‘ડી’ વચ્ચેના વિભવની દિશા બદલાઈ જાય તેવી વ્યવસ્થા કરવામાં આવે તો બીજા ‘ડી’ દ્વારા આયન આકર્ષાઈને વધુ પ્રવેગ પ્રાપ્ત કરે છે અને બીજા ‘ડી’ની અંદર મોટી ત્રિજ્યાના અર્ધવર્તુળાકાર પથ પર ગતિ કરે છે. બીજા ‘ડી’માંથી આયન આ રીતે પસાર થઈ અવકાશના સ્થાને આવે, તે ક્ષણે જ બે ‘ડી’ વચ્ચેના વિભવની દિશા બદલાઈ જાય તેવી ગોઠવણ કરેલી હોવાથી, અવારનવાર, વારાફરતી બંને ‘ડી’માં ઉત્તરોત્તર વધુ ને વધુ પ્રવેગ પ્રાપ્ત કરી, આયન વધતી જતી ત્રિજ્યાઓનાં અર્ધવર્તુળોમાં ગતિ કરવાનું ચાલુ રાખે છે.

જો કોઈ એક ‘ડી’માં આયન, r₁ ત્રિજ્યાવાળા વર્તુળાકાર પથ પર V₁ વેગથી કરે તો —

અહીં m = આયનનું દળ; q = તેનો વિદ્યુતભાર અને B = ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ફ્લક્સ ઘનત્વ કે તેની પ્રબળતા છે. અર્ધવર્તુળાકાર પથ પર ગતિ કરવા માટે લાગતો સમય —

આથી ફલિત થાય છે કે સમય (t), આયનની ઝડપ (V) પર આધારિત નથી. વધારામાં એ પણ જોઈ શકાય છે કે ના આપેલા મૂલ્ય માટે અર્ધવર્તુળાકાર પથ કાપવા માટે લાગતો સમય ચુંબકીય ક્ષેત્રના ફ્લક્સ ઘનત્વ (B) વડે નક્કી કરી શકાય છે.

જો બીજા ‘ડી’માં આયન r₂ ત્રિજ્યાવાળા વર્તુળાકાર પથ પર V₂ ઝડપથી ગતિ કરે તો –

વળી બીજા ‘ડી’માં અર્ધવર્તુળાકાર પથ પર ગતિ કરવા માટે લાગતો સમય,

આ ઉપરથી જોઈ શકાય છે કે દરેક ‘ડી’માં આયન વધતી જતી ઝડપે અને વધતી જતી ત્રિજ્યાવાળા પથ પર ગતિ કરતું હોવા છતાં, પ્રત્યેક ‘ડી’ માટે લાગતો સમય સરખો હોય છે. આ રીતે આયન, સર્પિલ (spiral) પથ પર ગતિ ચાલુ રાખીને ઘણી મોટી ઝડપ પ્રાપ્ત કરે છે. તેને વર્તુળાકાર પથમાંથી આવર્ત કરવા માટે સહાયક વિદ્યુતક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરી પ્રવેગિત આયન, બારી દ્વારા બહાર આવે તેવી ગોઠવણ હોય છે. જે પદાર્થ પર આયનોનું પ્રતાડન (bombardment) કરવાનું હોય તેને બારી પાસે રાખવામાં આવે છે.

સાઇક્લોટ્રૉનની મદદથી ઘણી મોટી ઊર્જા ધરાવતા પ્રોટૉન, ડ્યૂટરૉન અને આલ્ફા-કણો ઉત્પન્ન કરી શકાયા છે. સાઇક્લોટ્રૉનમાંથી બહાર આવતા કણો લાખો ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટની ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવે છે. સાઇક્લોટ્રૉનનો મુખ્ય લાભ એ છે કે તે ઉચ્ચ ઊર્જાકણો ઉત્પન્ન કરવા માટેનું પ્રમાણમાં નીચી વોલ્ટતાવાળું ઉદગમસ્થાન છે.

સૌથી પહેલાં લૉરેન્સ અને લિવિંસ્ટન દ્વારા 1930ના અરસામાં તૈયાર થયેલા સાઇક્લોટ્રૉનમાં વપરાતા ચુંબકીય ધ્રુવોનો વ્યાસ 6.35 સેમી. હતો અને પ્રોટૉનને 80,000 eV જેટલા પ્રવેગિત કરવામાં આવ્યા હતા. તેમાં સુધારાવધારા થતાં અદ્યતન કહી શકાય તેવા સાઇક્લોટ્રૉન તૈયાર કરવામાં આવ્યા છે. વિશ્વની સંશોધન પ્રયોગશાળાઓમાં જેટલા સાઇક્લોટ્રૉન વપરાય છે તેના લગભગ અડધા ભાગના યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં આવેલા છે. તે બધા જુદા જુદા કદના હોય છે અને વિશિષ્ટ લક્ષણો ધરાવે છે. આધુનિક સાઇક્લોટ્રૉનને, ઊર્જામાં સહેલાઈથી ફેરફાર કરી શકાય તે રીતે આયોજિત કરેલા છે. લિવરમોર, કાલિફ (Livermore, Calif) ખાતે પ્રસ્થાપિત કરેલા 2.3 મી. સાઇક્લોટ્રૉન દ્વારા પ્રોટૉનને 2.6 MeVથી 14.0 MeV, ડ્યૂટરૉનને 5.2 MeVથી 12.5 MeV અને ટ્રાઇટોનને 7.7 MeVથી 8.3 MeV જેટલા પ્રવેગિત કરી શકાય છે.

સાઇક્લોટ્રૉનમાં સધાયેલી પ્રગતિને કારણે વીજાણુવિજ્ઞાનના સંશોધનક્ષેત્રે આમૂલ પરિવર્તન આવ્યું છે. તેના વડે ભારે તત્વોના ન્યૂક્લિયરનાં રૂપાંતરણ શક્ય બન્યાં છે. વળી જુદા જુદા રેડિયો-ઍક્ટિવ પદાર્થો પણ ઉત્પન્ન થયા છે અને રેડિયો-ઍક્ટિવ ટ્રેસર ટેકનિકક્ષેત્રે પણ ક્રાન્તિકારી પ્રગતિ થઈ છે.

સિન્ક્રોસાઇક્લોટ્રૉન (Synchrocyclotron) : સાપેક્ષવાદ અનુસાર વેગના વધારા સાથે કણના દળમાં થતો ફેરફાર,  સૂત્ર વડે મળે છે.

અહીં m₀ = સ્થિત દળ (rest mass), V = કણનો વેગ અને C = શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશનો વેગ છે. આ હકીકત સાઇક્લોટ્રૉન દ્વારા ઉત્પન્ન થતી આયનની ઊર્જા પર એક પ્રકારની મર્યાદા લાદે છે. ખાસ કરીને ‘ડી’ પર લાગુ પાડેલી પ્રત્યાવર્તી આવૃત્તિ અને આયનો દ્વારા કપાતા અર્ધવર્તુળાકાર પથના સમય વચ્ચે એક પ્રકારની વિસંગતતા ઉત્પન્ન કરે છે. આ બંને વચ્ચે જો સુસંબદ્ધતા મેળવવી હોય તો કાં તો આયનના વેગના વધારા સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્રની ફ્લક્સ ઘનતામાં વધારો કરવો જોઈએ અથવા બીજા વિકલ્પ તરીકે લગાડવામાં આવતી પ્રત્યાવર્તી આવૃત્તિમાં ક્રમશ: ઘટાડો કરવો જોઈએ. વેક્સ્લર અને ઈ. એમ. મૅકમિલને આ સંદર્ભમાં દર્શાવ્યું કે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વધારો કરીને અથવા પ્રત્યાવર્તી વિદ્યુતવિભવની આવૃત્તિમાં ઘટાડો કરીને અથવા બંને ફેરફારો દ્વારા આયનની કક્ષાની ત્રિજ્યા વધારી શકાય અને ઊર્જામાં વધારો કરી શકાય છે. આવા જે યંત્રમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની આવૃત્તિ નિશ્ચિત રાખવામાં આવે અને ચુંબકીય ક્ષેત્રને પરિવર્તિત કરવામાં આવે તેને સિન્ક્રોસાઇક્લોટ્રૉન અથવા આવૃત્તિ-અધિમિશ્રિત સાઇક્લોટ્રૉન કહેવામાં આવે છે.

આવા સિન્ક્રોસાઇક્લોટ્રૉનનો અગત્યનો ફાયદો એ છે કે જો પૂરતા પ્રમાણમાં શૂન્યાવકાશ હોય તો યોગ્ય ઊર્જા પ્રાપ્ત કરવા માટે કણનાં પરિભ્રમણોની સંખ્યા પર કોઈ મર્યાદા હોતી નથી. વળી જૂજ તબક્કામાં જ જરૂરી પ્રવેગ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. સામાન્યત: પ્રત્યેક પરિભ્રમણ માટે આ પ્રમાણ 10 kv જેટલું હોય છે. સાઇક્લોટ્રૉનની બે ‘ડી’ના ઉપયોગને બદલે ફક્ત એક જ ‘ડી’નો અહીં ઉપયોગ થાય છે, તે તેની બીજી લાક્ષણિકતા છે. શિકાગો યુનિવર્સિટી ખાતે પ્રસ્થાપિત 4.32 મીટર સિન્ક્રોસાઇક્લોટ્રૉનમાં, પ્રોટૉનને 60 સાઇકલ પ્રતિ સેકંડના પુનરાવર્તન-દર સાથે 450 MeV સુધી પ્રવેગિત કરવા માટે ‘ડી’ પરના વિદ્યુતવિભવની આવૃત્તિ 28.6થી 18.0 મૅગાસાઇકલ પ્રતિ સેકન્ડની મર્યાદા વચ્ચે હોય છે. (1 મેગા સાઇકલ = દસ લાખ સાઇકલ)

સિન્ક્રોસાઇક્લોટ્રૉનના આગમન અને વિકાસે મૂળભૂત કણોની પ્રકૃતિના શક્ય સંશોધનનાં નવાં દ્વાર ખોલ્યાં છે, જેમાં π-મેસૉનનું કૃત્રિમ ઉત્પાદન, ડ્યૂટરૉનનું અપલેપન, પ્રોટૉનનું ધ્રુવીભવન, π-મેસિક μ-મેસિક પરમાણુઓના નિર્માણનો સમાવેશ કરી શકાય.

બીટાટ્રૉન : ઇલેક્ટ્રૉનને ઉચ્ચ ઊર્જાએ પ્રવેગિત કરવા માટે આ સાધનનો ઉપયોગ થાય છે. β-કણ માત્ર ઇલેક્ટ્રૉન જ હોવાથી આ સાધન બીટાટ્રૉન તરીકે ઓળખાય છે. ટ્રાન્સફૉર્મર જેવા વિદ્યુત ચુંબકીય પ્રેરણના સિદ્ધાંત ઉપર કાર્ય કરતું બીટાટ્રૉન, ઇલેક્ટ્રૉન માટે વર્તુળાકાર પ્રવેગક છે. ઘણા મોટા વિભવનો ઉપયોગ કર્યા સિવાય તેની મદદથી મોટી MeV ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રૉન અથવા એક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. બીટાટ્રૉન પરિભ્રમણધન (doughnut) આકારની શૂન્યાવકાશ ટ્યૂબ ધરાવે છે. ઉત્પન્ન કરવામાં આવેલા ઇલેક્ટ્રૉનને વિદ્યુતવિભવનો તફાવત લગાડી વર્તુળાકાર અથવા પરિભ્રમણધન આકારની ટ્યૂબમાં દાખલ કરી, ટ્યૂબના અક્ષને સમાંતર પ્રત્યાવર્તી ચુંબકીય ક્ષેત્ર લગાડવામાં આવે છે. આ સંજોગોમાં બે પરિબળો અસરકર્તા બને છે. બદલાતા ચુંબકીય ફ્લક્સને પરિણામે ઇલેક્ટ્રૉન-ભ્રમણકક્ષામાં વિદ્યુતચાલકબળ ઉત્પન્ન થાય છે, જેનાથી ઇલેક્ટ્રૉન વધુ ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે તથા ચુંબકીય ક્ષેત્રની અસરને કારણે અરીય બળ (axial force) ઉત્પન્ન થાય છે. તેની દિશા ઇલેક્ટ્રૉન વેગને લંબ હોવાને કારણે ઇલેક્ટ્રૉનને વર્તુળાકાર પથ પર ગતિ કરતો રાખે છે. ભ્રમણકક્ષામાંના ચુંબકીય ફ્લક્સની પસંદગી એવી રીતે કરવામાં આવે છે કે જેથી ઇલેક્ટ્રૉન નિશ્ચિત ત્રિજ્યાવાળી સ્થાયી ભ્રમણકક્ષામાં પોતાની ગતિ જાળવી રાખે. જ્યારે પ્રત્યાવર્તી ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં શૂન્યથી મહત્તમ સુધીના ફેરફાર દરમિયાન ઇલેક્ટ્રૉન હજારોની સંખ્યામાં ભ્રમણ કરે છે અને પ્રત્યેક ભ્રમણ સાથે વધારાની ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે. ઇલેક્ટ્રૉન જરૂરી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે ત્યારે તેમને લક્ષ્ય (target) પર આપાત કરીને, ઍક્સ-કિરણો ઉત્પન્ન કરી શકાય છે.

સર્વપ્રથમ સફળતાપૂર્વક કાર્યરત એવા બીટાટ્રૉનનું નિર્દેશન ડી. ડબ્લ્યૂ. કર્સ્ટે 1940માં ઇલિનૉય યુનિવર્સિટી ખાતે કર્યું અને 300 MeV ઊર્જા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રૉન મેળવ્યા. વ્યાપારી ધોરણે અમેરિકા તથા યુરોપમાં ઉત્પાદિત થતા બીટાટ્રૉનની ઊર્જા-અવધિ 10થી 30 MeV હોય છે. બીટાટ્રૉનનો મુખ્ય ગેરલાભ એ છે કે ચલિત ચુંબકીય ફ્લક્સ પૂરું પાડવા માટે મોટા ચુંબકની જરૂર પડે છે. હાલના તબક્કે પ્રથમ બીટાટ્રૉન ક્રિયા દ્વારા ઇલેક્ટ્રૉનને પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે અને તેથી આગળ વધુ પ્રવેગિત કરવા માટે સિન્ક્રોટ્રૉનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. અહીં એક વાત ખાસ યાદ રાખવા જેવી છે કે 300 MeV જેટલી ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રૉનનો વેગ પ્રકાશના વેગના લગભગ 0.9999 ગણો હોય છે. આવા પ્રચંડ વેગના કારણે તેમનું દળ તેમના સ્થિત દળ કરતાં આશરે બસોગણું બને છે.

સિન્ક્રોટ્રૉન (synchrotron) : સમાવર્તન આવૃત્તિવાળા સાઇક્લોટ્રૉનની મદદથી ઇલેક્ટ્રૉનને ઘણી ઊંચી ઊર્જાએ પ્રવેગિત કરવાનું કાર્ય પ્રાયોગિક રીતે કઠિન છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રૉનનો વેગ વધવા સાથે તેના દળમાં વધારો થાય છે. સિન્ક્રોટ્રૉનમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં જરૂરી પરિવર્તન કરવામાં આવે છે. સિન્ક્રોટ્રૉન બે પ્રકારના છે : (1) બીટાટ્રૉન સિન્ક્રોટ્રૉન અને (2) પ્રોટૉન સિન્ક્રોટ્રૉન.

બીટાટ્રૉન સિન્ક્રોટ્રૉન અથવા ઇલેક્ટ્રૉન સિન્ક્રોટ્રૉન : વર્તુળાકાર ભ્રમણ કરતા કણો અને વીજક્ષેત્રની ઊંચી આવૃત્તિ વચ્ચે સમક્રમિકતા (synchronism) જાળવવા માટે કલા-સ્થાયિત્વના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. બીટાટ્રૉન કાર્યને અનુરૂપ, ચુંબકીય સાઇકલની શરૂઆતમાં ઇલેક્ટ્રૉનને અંત:ક્ષિપ્ત કરતાં તે 2 MeV જેટલી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે. આ સમયે ઇલેક્ટ્રૉનનો વેગ 0.98 c જેટલો હોય છે. ઊર્જાના વધવા સાથે તેમના દળમાં વધારો થાય છે. જો B ફ્લક્સ ઘનતાવાળા ચુંબકીય ક્ષેત્રની અસર નીચે ઇલેક્ટ્રૉન V વેગથી ગતિ કરતો હોય તો –

ટૂંકમાં, ω અચળ રાખવા માટે દળમાં વધારો થતો હોવાથી Bનું મૂલ્ય દળ mના પ્રમાણમાં વધવું જોઈએ.

બીટાટ્રૉનની કાર્યવાહીથી ઇલેક્ટ્રૉન 7 MeV જેટલી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે ત્યારે, ફ્લક્સ સળિયા તરીકે ઓળખાતા, ત્યાં રાખવામાં આવેલા કેટલાક પોલાદના સળિયા ચુંબકનની ર્દષ્ટિએ સંતૃપ્ત બને છે અને ઉચ્ચ આવૃત્તિ ક્ષેત્ર પ્રવેગક અંતરાલ પર સ્વયંસંચાલિત રીતે લાગુ પડે છે. સિન્ક્રોટ્રૉનની ક્રિયાનો વાસ્તવમાં આ કક્ષાએ જ પ્રારંભ થાય છે. આ ક્ષેત્ર, ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધતું હોય ત્યારે ચાલુ રહે છે અને જ્યારે ઇલેક્ટ્રૉન મહત્તમ ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે અથવા તો જરૂર પ્રમાણે સાઇકલમાંના કોઈ વહેલા સમયે તે સ્વયંસંચાલિત રીતે કપાઈ જાય છે.

સિન્ક્રોટ્રૉન દ્વારા ઇલેક્ટ્રૉનને પ્રવેગિત કરવા માટે ઊર્જાની મર્યાદા હોય છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રૉન પ્રવેગિત થતાં વિકિરણ દ્વારા તે ઊર્જા ગુમાવે છે. ઇલેક્ટ્રૉન વધુમાં વધુ 1,000 MeV મર્યાદા જેટલી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરી શકે છે. 8 MeVવાળો પ્રથમ ઇલેક્ટ્રૉન-સિન્ક્રોટ્રૉન 1946માં ઇંગ્લૅન્ડમાં તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો. તેનું મુખ્ય કાર્ય કલા-સ્થાયિત્વ પ્રવેગના સિદ્ધાંતને ચકાસવાનું હતું. 330 MeV સિન્ક્રોટ્રૉનને 1947માં કૅલિફૉર્નિયા યુનિવર્સિટી ખાતે વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. 1956ના અરસામાં 50થી 500 MeVવાળા વીસથી પણ વધુ સિન્ક્રોટ્રૉન, જુદા જુદા દેશોમાં સંશોધન માટેના એક સાધન સ્વરૂપે વપરાતા હતા. 1957માં 1200 MeVવાળા બે સિન્ક્રોટ્રૉનમાં એક કૅલિફૉર્નિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ટેકનૉલોજી અને બીજો કૉર્નેલ યુનિવર્સિટી ખાતે તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો. ફોટો-ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયાઓ માટે અને તેમાંયે ખાસ કરીને મેસૉનના ફોટો-ઉત્પાદન માટે એક્સ-કિરણ સ્રોતોના રૂપમાં ઇલેક્ટ્રૉન-સિન્ક્રોટ્રૉનનો ફાળો મહત્વનો છે. 100 MeV અથવા તેના કરતાં ઓછા MeVવાળા સિન્ક્રોટ્રૉનનું કૅન્સરના ઉપચાર માટે હૉસ્પિટલમાં તથા ન્યૂક્લિયર રિસર્ચ લૅબોરેટરીઓમાં ઉપયોગી પ્રદાન જોવા મળે છે. મૅસેચૂસેટ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ટેકનૉલૉજી અને હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીના સંયુક્ત ઉપક્રમે તૈયાર કરવામાં આવેલા કેમ્બ્રિજ ઇલેક્ટ્રૉન પ્રવેગક દ્વારા 6,000 MeV ઊર્જા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્પન્ન કરી શકાય છે.

પ્રોટૉન સિન્ક્રોટ્રૉન અથવા બીવાટ્રૉન અથવા કૉસ્મોટ્રૉન : હાલમાં પ્રોટૉન કણોને સેંકડો-હજાર જેવી ઊંચી ઊર્જા સુધી પ્રવેગિત કરે તેવા પ્રોટૉન સિન્ક્રોટ્રૉનનો સિદ્ધાંત, બીટાટ્રૉનના સિદ્ધાંતને ઘણો જ મળતો આવે છે. અહીં પ્રોટૉનને વલય આકારની શૂન્યાવકાશ ટ્યૂબમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રના પ્રભાવમાં પરિભ્રમણ કરાવવામાં આવે છે. તે જ્યારે ઉચ્ચ આવૃત્તિ જનરેટરના વિદ્યુતધ્રુવોમાંથી પસાર થાય ત્યારે પ્રત્યેક પરિભ્રમણ દરમિયાન તેને એક વખત પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે. ક્ષેત્ર-તીવ્રતા અને દોલકની આવૃત્તિ બંને એકીસાથે એવી રીતે બદલવામાં આવે છે કે જેથી પ્રોટૉન અચળ સ્થાયી કક્ષામાં ગતિ કરે અને જ્યારે આપવામાં આવેલો વિદ્યુતવિભવ, પ્રવેગ માટેની યોગ્ય કલામાં હોય ત્યારે હંમેશાં વિદ્યુતધ્રુવોની સમીપ પહોંચે. આ સાધનની સરળ રચના આકૃતિ 4 દ્વારા દર્શાવી શકાય. વલયઆકારના સાધનને 3.05 મીટરના ગાળાથી ચાર ભાગમાં વહેંચવામાં આવે છે. કણોને અંદર દાખલ કરવા માટે, બહાર કાઢવા માટે અને પ્રવેગિત કરવા માટે આવી રચના આવશ્યક છે. ચુંબક દ્વારા ચેમ્બરને લંબ દિશામાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે.

પ્રોટૉનની ઊર્જા 4 BeV થાય, ત્યારે તેમનો વેગ 0.98 c જેટલો થાય છે. નીચી ઊર્જાવાળા પ્રોટૉનને આવર્તક સ્પંદ દ્વારા કક્ષામાં દાખલ કરવામાં આવે છે. તેમની ગતિના અનુનાદ સાથે દોલન પામતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની મદદથી પ્રોટૉનને પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે. અહીં કલા-સ્થાયિત્વનો સિદ્ધાંત લાગુ પાડવામાં આવે છે અને પ્રોટૉન અચળ ત્રિજ્યાવાળી કક્ષામાં ઘૂમે તેવો પ્રબંધ કરવામાં આવે છે. ઉપયોગમાં લીધેલા ચુંબકને 300 ગૉસથી 15,000 ગૉસની પ્રબળતા વચ્ચે આવર્તમય રીતે ઉત્તેજિત કરવામાં આવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રના વધવાના સમય દરમિયાન પ્રોટૉન પ્રવેગિત થાય છે. પ્રોટૉન દ્વારા મહત્તમ ઊર્જા પ્રાપ્ત થતાં યોગ્ય ગોઠવણ વડે કક્ષામાંથી બહાર કાઢી જરૂરી ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે.

આ ઉપકરણ જુદા જુદા સ્થળે જુદાં જુદાં નામે ઓળખાય છે. બ્રુકહેવન(યુ.એસ.)ના એકમને કૉસ્મોટ્રૉન કહે છે. આ નામ પાછળનું પ્રયોજન એ છે કે આ યંત્રના ઉપયોગથી કુદરતમાં મળતાં કૉસ્મિક કિરણોના કણોની કેટલીક ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ શક્ય બને છે. તેના દ્વારા પ્રોટૉનને લગભગ 3 BeV જેટલા પ્રવેગિત કરી શકાય છે. કૅલિફૉર્નિયામાં આવેલા ઉપકરણ દ્વારા પ્રોટૉનને 6 BeV સુધી પ્રવેગિત કરી શકાય છે અને તે બીવાટ્રૉન તરીકે ઓળખાય છે. યુ.એસ.એસ.આર.માં ડૂબના ખાતે આવેલા આવા સાધન વડે 10 BeV સુધી પ્રોટૉનને પ્રવેગિત કરી શકાય છે. જિનીવાની CERN લૅબોરેટરી ખાતે 1959માં 28 BeV ઊર્જાએ આવા સાધનને કાર્યરત કરવામાં આવ્યું અને લગભગ એવું જ સાધન 1906માં બ્રુકહેવન ખાતે તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું.

બાટેવિયામાં આવેલ ફર્મિ નૅશનલ ઍક્સેલરેટર લૅબોરેટરી ખાતે ટ્રીવાટ્રૉન કોલાઇડરની મદદથી 1992-1995ના ગાળા દરમિયાન પ્રયોગો કરી ‘ટૉપકવાર્ક’ની ખોજ કરવામાં આવી હતી. 10¹² ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ ઊર્જાને એક TeV ઊર્જા કહે છે. તેના પરથી ટીવાટ્રૉન નામ આપવામાં આવ્યું છે; પરંતુ તેના કરતાં પણ સાત ગણી ઊર્જા ધરાવતું જે કણપ્રવેગક બાંધવામાં આવ્યું છે. તેને Large Hadron Collider – LHC કહે છે. તે ફ્રાન્સ અને સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડની સરહદ પર 100 મીટર ઊંડે 27 કિલોમિટર લાંબી વર્તુળાકાર સુરંગ(tunnel)માં આવેલ છે. 7-TeV ઊર્જા ધરાવતી પ્રોટૉનની શલાકાને વળાંક આપવા 1,23,215 મીટર લાંબા ચુંબક સુરંગના 85 ટકા પરિઘને આવરી લે તેટલા ગોઠવેલ છે. 12,000 ઍમ્પિયર વિદ્યુતપ્રવાહનું વહન કરતાં અતિવાહક (super conducting) કેબલ ચુંબકને ઊર્જા આપે છે. તેનું તાપમાન અતિતરલતાવાળા હિલિયમ દ્વારા -271 અંશ સેલ્સિયસ હશે. આ સાધન ન્યૂક્લિયર સંશોધન માટેની યુરોપની સંસ્થા CERN ખાતે બાંધવામાં આવી રહ્યું છે. તેનું બાંધકામ 2007માં પરિપૂર્ણ થશે. તેમાં પ્રોટૉનની બે અલગ અલગ શલાકાઓને 7-Tev ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે ત્યાં સુધી પ્રવેગિત કરવામાં આવનાર છે. તે પછી તે બંને શલાકા વચ્ચે સંઘાત કરવામાં આવનાર છે. ત્યારે પ્રોટૉનની સંઘાત ઊર્જા 14-TeV થશે. આ LHC પરિપૂર્ણ થશે ત્યારે CERNના Large Electron – Positron Collider(LEP)નું સ્થાન લેશે.

LHC કરતાં પણ વધારે ઊર્જા ધરાવતી પ્રોટૉન શલાકાના 20-TeV ઊર્જાના સંઘાત નિપજાવતું  super conducting super collider (SSC) 87 કિલોમિટરના પરિઘની સુરંગ યુ.એસ.માં બંધાઈ રહેલ છે.

રેખીય પ્રવેગક (linear accelerator) : શ્રેણીમાં જોડેલા ઘણા નળાકાર વિદ્યુતધ્રુવોને દોલાયમાન વિદ્યુતક્ષેત્ર લાગુ પાડી તેમના દ્વારા વિદ્યુતભારિત કણોને પ્રવેગિત કરી શકાય છે. પોલાદની એક લાંબી શૂન્યાવકાશવાળી ચેમ્બરનું તે બનેલું હોય છે. અહીં કણોને દોરવા માટે કોઈ ચુંબકની જરૂર પડતી નથી, પરંતુ કણો શૂન્યાવકાશ નળીની લંબાઈ પર સુરેખ પથ પર ગતિ કરી, ઉપકરણમાંથી સહેલાઈથી નિર્ગમિત થાય છે. આ રીતે બીજા પ્રકારના પ્રવેગકની સરખામણીમાં રેખીય પ્રવેગકનો આ એક મોટો ફાયદો છે. તેમની કામગીરીનો સ્પષ્ટ ખ્યાલ આકૃતિ 5 પરથી આવી શકે છે.

એકાંતરે રાખેલા નળાકારોને એકસાથે જોડવામાં આવે છે, જેમાં એકી નંબરના નળાકારોને ઉચ્ચ આવૃત્તિવાળા શક્તિશાળી સ્રોતના એક છેડા સાથે અને બેકી નંબરવાળા નળાકારોને બીજા છેડા સાથે જોડવામાં આવે છે. એક છેડેથી વિસર્જન-નલિકામાંથી આયન, નળાકાર વીજાગ્રોના અક્ષ પર ગતિ કરે છે અને બે નળાકાર વચ્ચેની જગ્યામાંથી પસાર થતાં પ્રવેગિત થાય છે. નળાકાર વીજાગ્રોમાંના અચળ વિભવને કારણે આયનો નળાકારોમાંથી પસાર થાય તે દરમિયાન તે પ્રવેગિત થતા નથી. આયનોનો વેગ વધતો જતો હોવાને કારણે વહનનળીની લંબાઈ પણ ક્રમશ: વધારવામાં આવે છે, જેથી આયનો વિદ્યુતક્ષેત્રના સંદર્ભમાં સમાન કલામાં રહે. નળીઓની લંબાઈના વધારા સાથે નળીઓનાં કેન્દ્રો વચ્ચેનું અક્ષ પરનું અંતર પણ વધે છે.

પ્રથમ રેખીય પ્રવેગક 1946માં ડી. ડબ્લ્યૂ. ફ્રાય દ્વારા નિર્મિત થયું હતું, જ્યારે પ્રથમ આધુનિક રેખીય પ્રવેગક તરીકે એલ. આલ્વારેઝે (1947) તૈયાર કરેલું બર્કલી ખાતેનું પ્રોટૉન પ્રવેગક લેખી શકાય. 1950ના ઉત્તરાર્ધમાં માત્ર એક જ રેખીય પ્રવેગક કાર્યરત હતું, જેના દ્વારા ખૂબ ઊંચી ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્પાદિત કરવામાં આવ્યા હતા. 700થી 800 MeV અવધિની ઊર્જાક્ષમતા ધરાવતું આ પ્રવેગક, ન્યૂક્લિયર ફિઝિક્સમાં સંશોધન માટે અદ્વિતીય સાધન ગણાતું હતું. સ્ટૅન્ફૉર્ડ યુનિવર્સિટી ખાતેનું વિશાળકાય પ્રવેગક ત્રણ કિલોમિટરથી વધુ લંબાઈ ધરાવે છે.

ભારતમાં પણ કણપ્રવેગકો સ્થાપિત થયેલા છે. તેની મદદથી સંશોધન કરવામાં આવે છે. મુખ્યત્વે દિલ્હીસ્થિત ન્યૂક્લિયર સાયંસ સેન્ટર કે જેને હવે ઇન્ટર યુનિવર્સિટી ઍક્સેલરેટર સેન્ટર કહે છે ત્યાં 15 VD Pellotron નામનું ‘આયન પ્રવેગક’ છે.

ઇન્દોર ખાતે આવેલ સેન્ટર ફૉર ઍડવાન્સ્ડ સ્ટડિઝમાં ‘સિન્ક્રોટ્રૉન’ની સુવિધા છે. કોલકાતા ખાતે ‘K-500 સુપરકન્ડક્ટિંગ સાઇક્લોટ્રૉન’ બાંધવામાં આવેલ છે.

જે. વી. પટેલ