المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 شتاب‌دهنده‌هاي خطي (زنگ تفريح شماره‌ي 45)
شتاب‌دهنده‌هاي خطي (زنگ تفريح شماره‌ي 45)زنگ تفريح فيزيك
معرفي و كاربردها

شتاب‌دهنده‌هاي خطي






تعريف

تصوير پرتو ايكس
از يك تومور مغزي
شتاب‌دهنده‌هاي خطي معرف به ليناك(LINAC) ابزاري الكتريكي است براي شتاب دادن ذرات زير اتمي. اين نوع شتاب‌دهنده ذرات، كابردهاي زيادي دارد: توليد پرتو ايكس در بيمارستان‌ها،‌پرتاب ذرات براي رساندن به انرژي‌هاي  بالاتر در سينكلوترون‌ها در آزمايشگاه‌هاي فيزيك ذرات بنيادي از اين دست هستند. طرح يك ليناك به نوع ذره‌اي بستگي دارد كه شتاب‌داده مي‌شود: الكترون، پروتون يا يون. گستره‌ي اندازه‌ي آنها از يك لوله پرتو كاتدي گرفته تا مركز شتاب‌دهنده‌ي خطي استانفورد در كاليفرنياست.

ساختار و عمل‌كرد

يك شتاب‌دهنده‌ي خطي شامل بخش‌هاي زير است:

      · منبع ذرات: طرح اين منبع بستگي به ذره‌اي دارد كه شتاب داده مي‌شود. الكترون‌ها كه از كاتود سرد، كاتود گرم، كاتود نوري يا منابع يوني RF توليد مي‌شوند. پرتون‌ها ار منبعي يوني به‌دست مي‌آيند كه ممكن است طراحي‌هاي متعددي داشته باشد. اگر ذرات سنگين‌تري قرار باشد شتاب داده شوند(مثلا يون‌هاي اورانيم)، لازم است منبع يوني خاصي در اختيار داشته باشيم.

     · منبع ولتاژ بالا براي پرتاب اوليه ذرات.

     · مخزن چنبره‌ي خلا كاواك(توخالي). طولي كه با كابرد آن تغيير مي‌كند. اگر ابزاري براي توليد پرتوهاي ايكس در معاينه يا درمان اين لوله ممكن است فقط 5/0 تا 5/1 متر طول دارد. اگر اين ابزار پرتاب كننده ذرات در يك سينكروتون باشد ممكن است حدود ده‌ها متر طول داشته باشد. اگر صرفا براي شتاب‌دادن تحقيقات ذرات هسته‌اي باشد، ممكن است چند هزار متر طول داشته باشد.

     · داخل چنبره، الكترودهاي استوانه‌اي الكتريكي منفردي هستند كه طولشان با فاصله‌ي لوله‌ي كاواك تغيير مي‌كند. طول هر الكترود را با فركانس و توان راه‌اندازي اوليه منبع و طبيعت ذره‌اي كه بايد شتاب داده شود، تعيين مي‌كند. اين طول خود از بخش‌هايي تشكيل شده نزديك به منبع و يا دورتر از هدف باشند.

     · يك هدف مناسب. اگر الكترون‌ها را براي توليد پرتو ايكس شتاب دهيم، آب سرد شده‌ي تنگستن در هدف استفاده خواهد شد. بنا به اين‌كه در تحقيق خاصي پروتون يا ديگر هسته‌ها قرار باشد شتاب ‌گيرند، مواد هدف تغيير مي‌كنند. در برخوردهاي ذره با ذره، نوفه‌اي ممكن است مستقيما زوج حلقه‌اي به‌وجود آورد كه ذرات به واسطه‌ي ميدان‌هاي مغناطيسي درون آن حلقه قرار مي‌گيرند. اين نوفه‌ها ممكن است از مخزن حلقوي خود براي خلق برخوردهاي سربه‌سر ذرات بيرون كشيده‌شوند.

 

تصوير(1). لوله‌هاي كاواك كه ذره بايد در يك مسير معين از آنها عبور كند. بين هر كدام از لوله‌ها اختلاف پتاسيل‌هايي وجود دارد كه توسط كاربرها و بنا به هدف مورد نظرشان تعيين مي‌شود.    


وقتي ذره از لوله اصلي مي‌گذرد، تا زماني كه فركانس سيگنال وارده از طرف دستگاه و فاصله‌ هاي خالي بين الكترودها طراحي مي‌شوند، بيشترين اختلاف پتانسيل در دستگاه ظاهر مي‌شود.

همين عامل است كه ذره را شتاب مي‌دهد. در سرعت‌هاي نزديك نور نمو افزايش سرعت كوچك خواهد بود، چراكه انرژي با افزايش جرم ذرات افزايش مي‌يابد. در بخش‌هايي از شتاب‌دهنده كه اين اتفاق مي‌افتد، طول الكترود لوله‌اي شكل تقريبا مقدار ثابتي است.

       · ممكن است عدسي‌هاي اضافي الكتروستاتيكي يا مغناطيسي مورد استفاده قرار گيرند، تا به‌طور قطع نوفه در مركز كاواك و الكترودش قرار گيرد.

       · ممكن است شتاب‌دهنده‌هاي بسيار طويل، جهت ذره را با نوفه‌ي ليزري در حين حركت تصحيح كنند.

انواع شتاب‌دهنده‌ها

شتاب ذرات را به سه طريق مي‌توان انجام داد:

      · الكتروستاتيكي: ذرات از طريق ميدان الكتريكي بين پتانسيل‌هاي متفاوت ولي ثابت شتاب داده شوند. براي مثال شتاب‌دهنده‌هاي وان دو گراف، پلترون، تادِم.

       · القايي: ولتاژ سيگنالي كه حول هسته‌ي مغناطيسي مي‌گردد. ميدان الكتريكي كه اين ولتاژ را به‌وجود مي‌آورد، ذرات را شتاب مي‌دهد.

       · فركانس راديويي(RF): مؤلفه‌ي ميدان الكتريكي امواج راديويي ذرات را درون كاواك راسنايي مانند كاواك تشديد راديويي شتاب مي‌دهد. براي مثال حركت موج، كاواك آلوارز و ويدرو از دست هستند.

مزيت‌ها

ليناك مدلي است كه از طريق آن يون‌هاي سنگين را شتاب مي‌دهند تا انرژي لازم را كسب نموده تا به شتاب‌دهنده‌‌ي حلقوي يا سيكروتون برسد. براي اين‌كار ميدان‌هاي مغناطيسي بايد يون‌ها را در مسير مُدور  نگه‌دارند. قدرت ليناك در حدي است كه مي‌تواند در سرعت‌هاي نزديك نور الكترون توليد كند. بنا به همين چرخش (گريز از مركز) انرژي با تابش سينكروتوني از دست مي‌‌رود. همين عامل باعث مي‌شود كه توان بيشينه در آن سينكروتون تحت تاثير همين عامل قرار مي‌گيرد.

 تصوير(2). نماي بالايي شتاب‌دهنده و در عكس
 بالاي شتاب‌دهنده خطي ديده مي‌شود.

تصوير(3). شتاب‌دهنده خطي ليناك. فلش مسير حركت
ذره را نشان مي‌دهد.
 

ليناك‌ها قابليت بازدهي شگرفي دارند چراكه زنجيره‌اي از ذرات را توليد مي‌كنند.

مشكلات

        · طول شتاب‌دهنده بستگي به محل احداث آن دارد.

        · بخش‌هاي فرعي آن بسيار زياد بوده و حجم ابزار تخصصي و فني را در محل شتاب‌دهنده افزايش مي‌دهد.

اگر ديواره‌هاي كاواك‌هاي شتاب‌داده شده از مواد رسانا ساخته شده باشند،‌ميدان مورد نياز براي شتاب بسيار طويل است. در نتيجه شتاب‌دهنده‌هاي انرژي‌هاي بالا مثل اسلاك(SLAC) كه هنوز بزرگترين شتاب‌دهنده خطي دنياست، محدوديت‌هاي زيادي از جمله هزينه‌هاي بسيار بالا در تمامي بخش‌ها را خواهد داشت.

1386/9/10لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1171
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1171