منو
 صفحه های تصادفی
استفن کوک
قوم پوئبلو
پروتستانها و کاتولیکها
عبدالرحیم طالب‌اف
فیزیولوژی جانوری
مستضعف در فرهنگ اسلام
مسجد الاقصی
شیمی و محافظت از میراث فرهنگی
نهضت آزادی
روباتیک
 کاربر Online
714 کاربر online
تاریخچه ی: اصول کار سیکلوترون

V{maketoc}
! مکانیزم شتابش حلقوی سیکلوترونها:‏

الکترودها در ((سیکلوترون)) که از دو استوانه نیم خالی که به خاطر شباهت ‏شکل آنها به حرف ‏D‏ لاتین ، که ‏در ((فیزیک شتاب دهنده)) آنها را "دی‌ها" ‏نامیده اند. یونها تحت تاثیر ((میدان مغناطیسی)) مسیر خمیده‌ای را ‏درون ‏دی‌ها که بین نوک‌های قطبی یک ((آهنربای الکتریکی)) قرار داده شده‌اند ‏می پیماید. یک ((ولتاژ متناوب)) ‏آنچنان بین دو "دی" اعمال می‌شود که یونها ‏به هنگام عبور از گاف بین آند تحت تاثیر میدان الکتریکی ناشی ‏از ((جریان الکتریکی متناوب|ولتاژ ‏متناوب)) شتاب می‌گیرند. ‏

! شتابش ذرات در ((میدان الکتریکی)) دی ها:‏

از اینکه در درون دی‌ها میدان الکتریکی صفر است. بنابراین ، اگر ذرات در ‏یک گذر ویژه شتابدار شوند، ‏دوباره فقط در یک نیم‌دوره یعنی در طول عبور ‏بعدی از گاف یک ((نیروی الکتریکی)) را تجربه ‏خواهندکرد. اگر در همان زمان ‏علامت ولتاژ عوض شده‌باشد، میدان الکتریکی دوباره متناسب با شتابش ‏‏خواهد بود و ذرات با تکرار این فرآیند پی درپی ((انرژی)) کسب خواهندکرد.‏

یونها از چشمه یونی که در مرکز ماشین قرار دارند منشا می‌گیرند. ‏معادله ‏‏T=mv2/2=(qBr)2/2m‏ نشان ‏می‌دهد که در گذرهای متوالی از گاف بین ‏دی‌ها انرژی افزایش یافته و نیز ‏افزایشی در شعاع بوجود می‌آید. در نتیجه مسیر بر آیند یک منحنی ‏حلزونی ‏شکل خواهد بود که در البته تعداد دور به مراتب بیشتر از آنچه در ‏شکل مشاهده می‌شود، هست.‏

! ((پایداری فاز در شتاب دهنده|پایداری فاز)) در ((سیکلوترون|سیکلوترونها)):‏

همانگونه که در رابطه ‏ω=r/v=m/qB‏ نشان داده شده است. ((سرعت ‏زاویه‌ای)) ‏ω‏ فقط به میدان مغناطیسی ‏B‏ و ‏بار ویژه ((یون))ها بستگی دارد. اگر ‏جرم ثابت باقی بماند (مطابق با ((نسبیت خاص)) ثابت بودن جرم هنگامی ‏درست ‏است که ((سرعت)) در مقایسه با ((سرعت نور)) کوچک باشد) و میدان ‏مغناطیسی عوض نشود، سرعت زاویه‌ای پایا ‏خواهد بود. اما از طرف دیگر ‏آنطور که قبلا دیدیم برای شتابش موفقیت آمیز میدان الکتریکی باید ‏همگام با ‏حرکت ذره باشد، یعنی اینکه فرکانس آن ثابت و برابر با ‏f=ω/2π‏ باشد.‏

این شرط همگامی بین ذره و میدان شتابشی می‌باشد. یعنی نه تنها ‏برای شتابش لازم است، بلکه تا حدی ‏بیشینه (ماکزیمم) ((انرژی)) قابل ‏حصول از ((سیکلوترون|سیکلوترونها)) را بازگو می‌کند. در واقع افزایش در انرژی ‏افزایش در ‏جرم یون را به همراه دارد و آن نیز موجب تغییر در ((فرکانس|بسامد گردش یون)) ‏می‌شود. یون در همقدمی با ‏میدان الکتریکی دور می‌افتد و رابطه ‏f=ω/2π‎‏ دیگر صادق نیست. بنابراین حد برقرار شده برای ((پروتون)) ‏‏MeV‏15 ‏برای ((دوترون)) ‏MeV‏25 و برای ((ذره آلفا)) MeV‏50 است.‏

به این ترتیب بکار گرفتن سیکلوترونها برای شتابش ((الکترون)) محال است. ‏زیرا جرم الکترونها قبل از شتابش ثانویه در مرحله اول (در حدود ‏‏Mev‏1) سه برابر شده است. از طرف دیگر ((‏میدان مغناطیسی)) نمی‌تواند کاملا یکنواخت شود. اگر وضع ‏اینطور باشد، ‏مولفه کوچکی از ((سرعت)) در طول میدان مغناطیسی کافی است که ‏موجب شود تا یون قبل ‏از اتمام ((ساز و کار شتابش الکترومغناطیسی|فرآیند شتابش)) به رخ قطب برخورد کند ‏‏((«قطب مغناطیسی))).‏

! شتابش ((دوترون)):

برای مثال دوترون را در نظر بگیرید که بلافاصله پس از ترک ((چشمه یونی)) ‏با سرعت ‏‎10Km/s‏ در امتداد ‏میدان مغناطیسی سرعت داشته باشد. در ‏واقع این سرعت چندان زیادی نیست. یعنی ((انرژی جنبشی)) آن کمتر ‏‏بیشتر از ‏‎1eV‏ است، در حالی که ولتاژ صدها ولت در چشمه یونی اعمال ‏شده‌است. دوترون برای رسیدن به ‏شعاع بیشینه باید دویست دور داخل ‏سالن "دی‌ها" راه برود.‏

اگر ((دوره تناوب|زمان تناوب)) گردش دوترون ‏‎10-7s‏ باشد که با فرکانس ‏‎10Hz‏ مطابقت دارد، زمان کل ‏صرف شده در ((اتاقک شتاب دهنده)) ‏‎2x10-5s‏ است. زمان کل صرف شده در اتاقک ‏شتاب دهنده ‏برابر زمان تناوب گردش ((ذره)) (تعداد دور ذره) می باشد که مقدار عددی آن ‏‎200x10-‎‎5s‏ است. در این مدت زمان ، سرعت اولیه ‏((جابه جایی)) در حدود 106cm/s است و جابجایی حاصل برای ‏دوترون در طول فرآیند ‏شتابش برابر ‏‎20cm‏ خواهد شد.‏

فاصله بین قطب‌ها در یک ((سیکلوترون)) نمونه ‏‎30cm‏ می‌باشد. یعنی یون ‏که از صفحه میانی شروع به ‏حرکت کرده‌است. قبل از رسیدن به انرژی ‏بیشینه ، زمان کافی برای برخورد به ((آهنربا|قطب مغناطیس)) را ‏خواهد داشت. ‏روشن است که محبوس کردن ذره در همسایگی صفحه میانی یک امر ‏ضروری است روش ‏محبوس کردن در طول این صفحه را ((کانونش باریکه در شتاب دهنده|کانونش قائم)) ‏می‌نامند. علاوه بر این کانونش ، ((کانونش باریکه در شتاب دهنده|کانونش شعاعی)) نیز ‏ضروری است. زیرا ‏اگر ذره از مسیر دایره ایده‌آل دور بیافتد باید ((نیروی جانب مرکز|نیرویی)) را متحمل شود که ‏موجب ‏برگرداندن آن به موقعیت صحیح باشد.‏

! مباحث مرتبط با عنوان:

*((آهنربای الکتریکی))‏
*((اتاقک شتاب دهنده)) ‏
*((پایداری فاز در شتاب دهنده))
*((ساز و کار شتابش الکترومغناطیسی))
*((سیکلوترون)) ‏
*((جریان الکتریکی متناوب))‏
*((کانونش باریکه در شتاب دهنده))
*((فیزیک شتاب دهنده))
*((میدان الکتریکی))‏

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 شنبه 06 اسفند 1384 [15:11 ]   2   حسین خادم      جاری 
 سه شنبه 28 مهر 1383 [15:20 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..