સિંક્રોટ્રૉન : ઇલેક્ટ્રૉન અને પ્રોટૉનને ઉચ્ચ ઊર્જાએ પ્રવેગિત કરતી પ્રયુક્તિ. તે એક પ્રકારનું કણ-પ્રવેગક (accelerator) છે, જે કણોને વર્તુળાકાર કક્ષામાં ગતિ કરાવે છે. પારમાણ્વિક ન્યૂક્લિયસની સંરચના તથા તેમાં પ્રવર્તતાં બળોનો અભ્યાસ કરવા માટે ભૌતિક વિજ્ઞાનીઓ સિંક્રોટ્રૉનનો ઉપયોગ કરતા હોય છે.
સામાન્ય રીતે બીટાટ્રૉન એક ચક્રીય પ્રવેગક છે; જેના ચુંબકીય પ્રેરણ વડે ઇલેક્ટ્રૉનને ઉચ્ચ ઊર્જાએ લઈ જઈ શકાય છે. જો વિદ્યુત-ચુંબકીય ધ્રુવો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રૉન ‘r’ ત્રિજ્યાની કક્ષામાં ભ્રમણ કરે તો ચુંબકીય ફ્લક્સમાં થતો વધારો ઇલેક્ટ્રૉનમાં પ્રવેગ પેદા કરે છે. કક્ષાના પરિઘ આગળ ક્ષેત્ર કક્ષાની અંદરના સરેરાશ ક્ષેત્રથી અડધું હોય તો ત્રિજ્યા ‘r’માં ફેરફાર થતો નથી. ધ્રુવોને સાનુકૂળ ક્ષેત્ર આપતાં ત્રિજ્યા r અચળ રહે છે. ફ્લક્સ ઘનતા ‘B’વાળા ચુંબકીય ક્ષેત્રને લીધે નિશ્ચિત કક્ષામાં ભ્રમણ કરતા ઇલેક્ટ્રૉનની કોણીય ઝડપ હોય તો 
= થાય છે, જ્યાં e અને m ઇલેક્ટ્રૉનના અનુક્રમે વિદ્યુતભાર અને દળ છે. કોણીય આવૃત્તિ અને કક્ષાને અચળ જાળવી રાખવા દળ m જે પ્રમાણમાં [કણની સાપેક્ષિકીય (relativistic) ગતિને કારણે] વધે છે તે પ્રમાણમાં Bને વધારવામાં આવે છે. આ રીતે કણના સાપેક્ષિકીય દળના વધારાથી યંત્રની કામગીરી ઉપર અસર થતી નથી. આવા બીટાટ્રૉન વડે ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જા 300 MeV (1 MeV = 106 eV) સુધી લઈ જઈ શકાય છે.
સિંક્રોટ્રૉન
સિંક્રોટ્રૉનમાં બદલાતા (પરિવર્તનશીલ) ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉપરાંત અચળ આવૃત્તિવાળા વિદ્યુતક્ષેત્રનો પણ ઉપયોગ થાય છે. રેડિયો-આવૃત્તિ ધરાવતા દોલકમાંથી ઉચ્ચ આવૃત્તિ વિદ્યુતક્ષેત્ર, વર્તુળાકાર કક્ષની અંદર હોય તેવી ધાત્વિક બખોલની ખાલી જગ્યામાં, લાગુ પાડવામાં આવે છે. (જુઓ આકૃતિ)
ઇલેક્ટ્રૉનની અચળ કોણીય ઝડપ (આવૃત્તિ) સાથે આવૃત્તિ સમક્રમિકતા (synchronism) ધરાવે છે. આ રીતે ઇલેક્ટ્રૉન બખોલમાં પ્રવેગિત થાય છે. શરૂઆતમાં તો સિંક્રોટ્રૉન બીટાટ્રૉન તરીકે જ કાર્ય કરે છે અને તે દરમિયાન ઇલેક્ટ્રૉન કેટલાક MeV ઊર્જા મેળવે છે, જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર વધતું હોય ત્યારે ઉચ્ચ આવૃત્તિવાળું ક્ષેત્ર લાગુ પાડવામાં આવે છે. સ્થાયી કક્ષા માટેની ચુંબકીય ફ્લક્સની શરતનો ભંગ થતાં ઇલેક્ટ્રૉન પથમાં આવર્તગતિ પામે છે. તે પછી કક્ષની બહાર રાખેલા ઘન કે પ્રવાહી લક્ષ ઉપર કણને મોકલવામાં આવે છે અથવા તો બીજા યંત્ર ઉપર સંચય-વલયમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે. લક્ષ્ય સાથે અથવા સંચય-વલયમાં કણના બીમ સાથે અથડાવવાથી મેસૉન અથવા બીજા અવપરમાણુ (subatomic) કણો પેદા થાય છે. આવા સંઘાતમાંથી મળતા કણોનો અભ્યાસ ભૌતિક વિજ્ઞાનીઓ કરતા હોય છે. વર્તુળાકાર કક્ષામાં ભ્રમણ કરતા ઉચ્ચ ઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રૉન વિકિરણ દ્વારા ઘણી ઊર્જા ગુમાવે છે. પ્રોટૉન માટે આવું બનતું નથી. ઇલેક્ટ્રૉન 
ના પ્રમાણમાં ઊર્જા ગુમાવે છે; જ્યાં ‘E’ ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જા અને ‘r’ કક્ષાની ત્રિજ્યા છે. ઊર્જાનો વ્યય માત્ર ને પ્રમાણસર નથી, પણ કણના સ્થિર દળ(rest mass)ના ચતુર્થઘાતના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. પ્રોટૉનનું સ્થિર દળ ઇલેક્ટ્રૉનના દળ કરતાં લગભગ 2000 ગણું વધારે હોય છે. પ્રોટૉન બાબતે ઊર્જાનો વ્યય નહિવત્ હોય છે; તેથી પ્રોટૉનને અત્યંત ઉચ્ચ ઊર્જાએ પ્રવેગિત કરી શકાય છે.
સિંક્રોટ્રૉનમાંથી મળતા કણની મહત્તમ ઊર્જા ત્રિજ્યા (r) તથા ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા ઉપર આધારિત છે.
ઇલેક્ટ્રૉન સિંક્રોટ્રૉનમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થઈને ગતિ કરતા ઇલેક્ટ્રૉન વિપુલ પ્રમાણમાં ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરે છે. આવું તીવ્ર સિંક્રોટ્રૉન વિકિરણ જેને પ્રવેગકમાં રાખેલા પાવર-સ્રોત વડે પ્રતિસ્થાપિત કરીને વિવિધ ઉદ્યોગો અને સંશોધનોમાં પ્રકાશના સ્રોત તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે. પ્રથમ સિંક્રોટ્રૉનને કૉસ્મોટ્રૉન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, કારણ કે તેના વડે મળતા કણની ઊર્જા કૉસ્મિક-કણોની ઊર્જાના ક્રમની હોય છે. તેનું નિર્માણ બ્રૂકહેવન નૅશનલ પ્રયોગશાળામાં કરવામાં આવ્યું હતું. તેના વડે પ્રોટૉનની ઊર્જા 3 GeV (GeV = 109eV) જેટલી મેળવી શકાઈ. તે પછી 1954માં કૅલિફૉર્નિયા યુનિવર્સિટી ખાતે બીવાટ્રૉને કાર્ય શરૂ કર્યું, જેના વડે 6.2 GeV ઊર્જા મેળવી શકાઈ. યુ.એસ., યુ.કે., ફ્રાન્સ અને નેધરલૅન્ડ્ઝમાં સિંક્રોટ્રૉનની રચના કરવામાં આવેલી છે. તત્કાલીન યુ.એસ.એસ.આર.ના ડુબ્ના ખાતે સિંક્રોફેઝોટ્રૉન વડે પ્રોટૉનની 10 GeV જેટલી ઊર્જા મેળવી શકાઈ. યુ.એસ.ના ઇલિનૉઇ રાજ્યમાં બટેવિયા ખાતે ફર્મી નૅશનલ પ્રવેગક પ્રયોગશાળા(ફર્મીલેબ)માં પ્રોટૉનને 900 GeV ઊર્જા સુધી પ્રવેગિત કરી શકાયો. એક TeV ઊર્જા સુધી પ્રોટૉનને પ્રવેગિત કરી શકાય તેવા ટેવાટ્રૉનની રચના શક્ય બની.
હરગોવિંદ બે. પટેલ