دید کلی
ساختمان
شتاب دهندههای خطی جدید بطور قابل توجهی از اجداد اولیه آنها متفاوت است و در این شتاب دهندهها الکترودهای شتاب دهنده بطور مستقیم توسط ولتاژ نوسان کننده حاصل از یک
نوسانگر خارجی تغذیه میشود ساختمان الکترود در امتداد محور یک لوله شیشهای تخلیه شده از هوا قرار دارد. این طرح موجب اتلاف توان
فرکانس رادیویی در گستردهای که شتاب دهندههای پروتون باید کار کنند (یعنی حدود MHz200) میشود.
ساختار شتاب دهندههای پیشرفته
در ماشینهای امروزی اتاقک شیشهای جایش را به
کاواک تشدید فلزی که در آن
موج ساکن الکترومغناطیسی تولید میشود، داده است و در نهایت خروجی یک
مشدد به شکل لوله تخلیه شده به درون یک تانک بزرگ که معمولا از ورقههای رسانای قوی مثلا مسی درست شدهاست تغذیه میشود. این تانک بسته به شکل و ابعادش تحت فرکانس رادیویی تعریف شده به حالت تشدید در میآید. با بازتاب جلو و عقب درد و انتهای
کاوک امواج الکترومغناطیسی ساکن در درون آن درست میشود. مؤلفهای از
میدان الکتریکی این
امواج ساکن در امتداد محور تانک جهتگیری میکند.
ویژگیهای طراحی شتاب دهنده پروتونی
- مؤلفهای ازمیدان حاصل از امواج الکترومغناطیسی تانک شتاب دهنده در امتداد Z موجب میگردد که نیروی شتابش مؤثر روی پروتونها میشود.
- از آنجایی که فرآیند شتابش شامل پریودهای بیشتری از میدان فرکانس رادیویی است، باید به مانند ماشینهای اولیه لولههای جریان در آن تعبیه کرد که قادر به محافظت ذرات از تأثیر میدان در نیم چرخههای منفی باشند.
- ذره بایستی همزمان با تأثیر میدان بر آن همگام با تغییرات میدان ، طول مدت کامل پریود را در درون لوله جریان سپری کند تا فاز آن ثابت بماند.
- معمولا لولههای جریان توسط دستهای که به دیوارههای کاواک وصلاند نگهداری میشوند. کاواکها خودشان معمولا در درون یک تانک بزرگ از فولاد قرار دارند. این تانک برای جلوگیری تغییر ناشی از تغییر فشار پیش بینی شده است.
- معمولا میدانهای الکتریکی ناشی از فرکانس رادیویی MHz200 با شدتی در حدود MeV/m5-2 در اینگونه ساختار شتاب دهندهها بوجود میآورند. الکترودهای استوانهای درون شتاب دهندههای خطی نظیر آنچه که در شتاب دهندههای ایستایی عمل کانونش را انجام نمیدهد. این امر ناشی از طبیعت نوسانی میدان در شتاب دهندههای خطی است.
کانونش در شتاب دهنده یونهای سنگین
میدان بین دو الکترود استوانهای در نیمه اول گاف ، کانونی میشود و بطور شعاعی در نیمه دوم آن غیر کانونی میگردد. در صورتی که میدان در طول زمان ثابت باشد اثر نیمه دوم کمتر از نیمه اول است. زیرا بخاطر
سرعت کمتر نیمه اول گاف ذره مدت زمان بیشتری در این نیمه صرف میکند. اما اگر میدان در طول زمان تغییر کند این موضوع دیگر درست نخواهد بود. در اصول شتابدهندههای خطی نیز این امر وجود داشت که تمام ذرات نزدیک به فاز همگامی وقتی که میدان با زمان افزایش مییابد طول گاف را طی میکنند. پس تأثیر میدان در نیمه دوم در مرحله ناکانونش گاف قویتر از نیمه اول است. شتاب دهندههای یونهای سنگین از نظر کانونش نیز با
شتاب دهنده خطی متفاوت هستند. در این ماشینها بجای استفاده از
میدان الکتریکی خود ماشین از
میدان مغناطیسی خارجی حاصل از مغناطیسهایی که درون لوله شتابش استفاده میشود. کارکرد دقیق
عدسیهای مغناطیسی هنگامی که اصول کانونش قوی را بررسی کنیم، بیان خواهد شد.
انرژی نهایی باریکه را مانند آنچه که در شتاب دهندههای ایستایی بود نمیتوان بطور آهسته تغییر داد، بلکه آنها را در مراحل چندگانهای تغییر پلهای MeV20 و MeV40 و MeV68 در Minnesotta عملی میکنند. اصول فوق برای شتابش پروتونها بکار رفت که برای یونهای سنگین نیز بکار برده در این شتاب دهندهها به فرکانسهای پایینتر مثلا MHz70 نیاز است که این امر موجب افزایش طول موج میدان الکتریکی نوسان کننده در فضای آزاد میشود. در نتیجه این امر موجب افزایش ابعاد کاواک تشدید فلزی میشود. مثلا در یک شتاب دهنده پروتونی که با بسامد MHz200 کار میکند طول موج مربوطه 5/1 متر است که کاواک تشدیدی به قطر یک متر نیازمند است. اما در مورد یون سنگین که طول موجی در حدود ¾ متر بطور نوعی است. قطر کاواک به 3 متر میرسد.
شتاب دهنده خطی یونهای سنگین
یک شتاب دهنده خطی یونهای سنگین درست مثل شتاب دهنده پروتون میتواند از یک
مولد کاک کرافت والتن KeV500 به عنوان یک تزریق کننده اولیه اتمهای دو بار یا سه بار پوینده را کار گیرد. این ذرات وارد مرحله اول شتابش میشوند. در اینجا از انرژی نهایی یعنی حدود MeV (بر هستک) را دریافت میکنند. یونها قبل از ورود به مرحله بعدی مانند آنچه در شتاب دهندههای پشتهای (
تندم و وان دوگراف) دیدیم تمامی الکترونهای خود را از دست میدهند. سپس آنها تا رسیدن به انرژی نهایی خود شتابدار میشوند. یک ویژگی ماشینهای یونهای سنگین این است که به یک نوع یون محدود نمیشود و در واقع مطابق آنچه که رابطه بیان میکند تا آنجا که سرعت یون با طول لوله جریان مطابقت داشته باشد. عمل شتابش در چنین حالتی موفقیت آمیز خواهد بود.
مباحث مرتبط با عنوان
