معرفی چند شتابدهنده - آکا

سیکلوترون ها

اشکال اساسی در شتاب دهنده های خطی، طول بلند آنها برای حصول به انرژی های بالا است و این اشکال با ساختن اولین سیکلو ترون در سال1331__1329توسط لارنس و لینوینگستونمرتفع گردید. ذرات در مسیر مارپیچی شکل در داخل دو نیم کره فلزی میان تهی به نام ?دی ها? و در فضای خلاء و در حالی که صفحات دی ها به یک ولتاژ تغییر دهنده علامت متصل هستند، تحت یک میدان مغناطیسی شتاب دار میشوند. لارنس این کار جدید خود که از یک مدار مارپیچی نیم دایره ای به جای مسیر خطی برای شتاب ذرات استفاده کرد، جایزه نوبل سال 1939  را به خود اختصاص داد.

یک سیکلوترون به صورت دو آهن ربای دوقطبی بزرگ طراحی شده برای ایجادیک ناحیه نیم دایره ای میدان مغناطیسی یکنواخت که به طور یکنواخت به طرف پایین جهت گیری دارد، طراحی میشود.

یک ولتاژ نوسانی برای ایجاد یک میدان الکتریکی در عرض این شکاف اعمال می شود. ذرات به ناحیه میدان مغناطیسی یک مسیرِD خارج یک مسیر نیم دایره ای تزریق می شوند تا به شکاف برسند. بدین ترتیب میدان الکتریکی، به ذرات وقتی از آن عبور می کنند، شتاب می دهد.

 حالا ذرات انرژی بالاتری دارند، پس ذر یک مسیر نیم دایره ای دیگر درD بعدی با شعاع بزرگ تر جریان میابند وبنابراین دوباره به شکاف می رسند. بسامد میدان الکتریکی باید درست طوری تنظیم شود که جهت میدان به وسیله زمان ورود آنها در شکاف معکوس شود. میدان در شکاف، آنها را شتاب می دهد و آنها دوباره وارد اولین D می شوند. بدین ترتیب وقتی ذرات به اطراف به طور مارپیچ می چرخند انرژی کسب می کنند. طراحی سیستم چنان است که وقتی آنها سرعت می گیرند، یک قوس بزرگ را دنبال می کنند و لذا همیشه در یک زمان به شکاف می رسند. این راه یک نوسان میدان الکتریکی بسامد ثابت، ادامه میابد تا همواره در عرض شکاف به آنها شتاب داده شود. محدودیت در مورد انرژی که می تواند در چنین وسیله ای به آن رسید به اندازه آهنرباهایی که D ها را تشکیل میدهند وبه شدت میدان مغناطیسی آنها بستگی دارد. این عمل توسط یک سینکروترون انجام میشود، به محض اینکه اصول سینکروترون توسعه یافت، دریافتند که راه خیلی ارزان تری برای دست یابی به انرژی خیلی بالاتر از سیکلوترون وجود دارد و در این صورت روش سیکلوترون اصلی دیگر مورد استفاده قرار نگرفت.

بنابراین سیکلوترونها دارای یک چشمه یونی است، که بین دو صفحه نیم دایره میان تهی (به نام دی)قرار گرفته است. فاصله بین دی ها جایی است که شتاب یون در آنجا صورت می پذیرد. وپایین دی ها وچشمه یون قطب های یک مغناطیس بزرگ قرار دارند.تأثیر میدان مغناطیس بر روی ذرات باردار موجب حرکت آنها در یک مسیر دایره ای میگردد.در هنگام کار سیکلوترون، چشمه یون، ذرات باردار(معمولاً مثبت) را به فضای بین دی ها تزریق می کند که این ذرات به داخل دی دارای بار مخالف شتاب داده می شوند، و فقط مجبور به حرکت در یک مسیر دایره ای به وسیله میدان مغناطیسی می باشند. ابتدا، انرژی ذرات پایین است و مسیر طی شده دارای شعاع کوچکی است. بلافاصله پس از خروج ذرات بوسیله دی اول دفع شده و به سمت دی دوم شتاب داده میشوند. در این زمان، ذرات انرژی جنبشی نسبتاً بیشتری دارند، لذا آنها مسیر دایره شکلی را که دارای شعاع بزرگ تر است طی می کنند، ولی زمانی را که ذره برای بیرون آمدن از دی ها لازم دارد همیشه یکسان است(سرعت آن ها بالا تر است، ولی مسیری که دارای شعاع بزرگتری است،طولانی تر است. ذراتی که هر بار به این طریق شتاب داده میشوند از فاصله بین دی ها عبور می کنند. سرانجام شعاع مسیر مارپیچی که باید سیکلوترون آن را در حرکت بعدی خود نگه دارد، بسیار بزرگ شده و ذرات به صورت بار الکتریکی از داخل سیکلوترون به طرف هدف منحرف می گردند.

بیشینه انرژی که در سیکلوترونهای متعارف وفرکانس ثابت قابل دسترس است حدودMeV25برای پروتن و دوترون ،و MeV50برای ذرات آلفا است. شکل میدان الکترواستاتیک در شکاف یا فاصله بین دی ها و همچنین طراحی میدان مغناطیسی، سبب یک غیر یک نواختی در لبه های بیرونی دی ها میشوند که این خود باعث یک اثر تمرکزی در باریکه ذرات می گردد. بنابراین یون ها در باریکه درونی با شدت کمتر از 5/0 میلی آمپر و در باریکه بیرونی ده برابر کمتر جریان می یابند. هر قدر انرژی های زیاد شود نیبیت جرم هم افزایش میابد. لذا بسامد یا میدان مغناطیسی و یا هر دو باید به نحوی تغییر کنند که افزایش جرم به خاطر ورود باریکه ذرات به شکاف در یک فاز جبران شوند. این تغییر اولی را با سینکروترونها میتوان انجام داد.

معرفی چند شتابدهنده - آکا

سیکلوترون ایزوکرونی

سینکروسیکلوترون

افزایش جرم نسبیتی را میتوان با کاستن سر عت زاویه ای میدان الکتریکی درطی فرآیند شتاب، جبران نمود. بنابراین، سرعت زاویه ای یا بسامد میدان الکتریکی میتواند تعدیل گردد، بطوری که سرعت زاویه ای یون و میدان الکتریکی، اگرچه متغیر هستند، همواره در طی فرآیند شتاب، مساوی(یا همزمان) گردند. به این طریق یک بسامد تعدیل شده تا سینکرو _ سیکلوترون تا بدست می آید که تابع محدودیت انرژی بیشینه یک سیکلوترون نمی باشد. با این وجود، شدت باریکه بسیار پایین تر است ( معمولاً با فاکتوری معادل 1000)در واقع، هر گروه از یون ها با تنظیم بسامد میدان الکتریکی تا انرژی بیشینه خود شتاب داده می شود سپس بسامد میدان الکتریکی به مقدار آغازین خود برگشت داده شده و گروه جدیدی از یون ها تا انرژی بیشینه خود شتاب میابند. این امر به یک باریکه پالسی ذارای شتاب میانگین بسیار پایین تر از یک سیکلوترون منجر می گردد. در سال1945 توسعه این تکنولوژی اجازه داد که با تغییر بسامد ولتاژ شتاب داده شده انرژی نسبیتی ذرات نیز تغییر کند. به این در آن زمان شتاب دادن ذرات تاMeV700 میسر گردید. این انرژی حدود یکصد برابر بیش از انرژی کسب شده در گسیل ذرات توسط رادیو اکتیویته طبیعی بود.

سیکلوترون ایزوکرونی

افزایش جرم نسبیتی متنایب با انرژی (یا سرعت) یون است. افزایش جرم نسبیتی میتواند به وسیله القاء مغناطیسی که به عنوان تابعی از شعاع میدان مغناطیسی افزایش میابد جبران گردد. با ثابت ماندن سرعت زاویه ای یون و میدان الکتریکی (پدیده هم زمانی یاایزوکرونی) طی فرآیند شتاب، یک سیکلوترون ایزوکرونی حاصل می گردد. یک سیکلوترون ایزوکرونی تابع محدودیت انرژی بیشینه یک سیکلوترون یا محدودیت شدت بیشینه یک سینکرو _ سیکلوترون نمی باشد.

معرفی چند شتابدهنده - آکا

سینکروسیکلوترون

معرفی چند شتابدهنده - آکا

سینکروترون ها

شتاب دهنده های ذرات بنیادی

زمانی که دانشمندان فیزیک هسته ای سخت مشغول مطالعات ذرات بنیادی و تبدیل اتم به اتم دیگری بودند،ایده بمباران هسته اتم به عنوان هدف توسط ذره های باسرعت بالا شکل گرفت. تا آن زمان تنها ذره با سرعت زیاد، ذره آلفا بود که از مواد رادیو اکتیو طی فرآیند واپاشی گسل
معرفی چند شتابدهنده - آکا

سیکلوترون ها

شتاب دهنده های خطی

یک شتاب دهنده خطی یا Linac، یک جزء شتابدهنده است که ذرات باردار الکترون، پروتون یا یونهای سنگین را در خط مستقیم شتاب می دهد. ذرات باردار از سمت چپ وارد می شوند و بوسیله میدان الکتریکی به سمت اولین لامپ الکترونی شتاب می گیرند.

منبع : tebyan.net

گردآوری توسط بخش مقالات فیزیک سایت آکاایران
  • فال
  • بازار
  • تست هوش آنلاین
تبلیغات