منو
 کاربر Online
697 کاربر online

شتاب دهنده خطی

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته و مغناطیس > الکترومغناطیس
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک هسته ‌ای > فیزیک شتابدهنده
(cached)

مقدمه

در آزمایشگاههای کوانتمی از ذرات باردار پرتوزایی یا ذرات بنیادی مانند آلفا ، بتا ، پوزیترون ، موئونها و ... برای بررسی خواصشان استفاده می‌شود. همچنین از ذرات آلفا ، پروتون و دوتریم که دارای بار مثبت هستند، برای شکافت هسته‌ای استفاده می‌شوند. اما هنگامی که این ذرات را بسوی هسته می‌فرستیم، بر اثر نیروی دافعه الکتروستاتیکی بین هسته و ذرات نامبرده ، این ذرات دفع می‌شوند و در نتیجه شکافتی صورت نمی‌گیرد. برای ایجاد شکافت هسته از طریق بمباران کردن ذرات نامبرده ، بایستی سرعت و انرژی این ذرات را افزایش دهیم. برای این کار از دستگاه شتاب دهنده خطی یا سیکلوترون خطی استفاده می‌کنیم.



img/daneshnameh_up/a/a4/accelerator_1.JPG




جرم الکترون 1836 بار کوچکتر از جرم پروتون است. بطوری که می‌دانیم ‏این امر سبب می‌شود ‏که الکترونها در انرژیهای پایین هم شروع به نسبیتی ‏شدن بکنند، به عبارت دیگر سرعت آنها نزدیک به ‏‏سرعت نور می‌شود. یک ‏الکترون ‏MeV‏2 دارای انرژی کل‏MeV‏ ‏‎ 0.512‎است (0.512 + 2 = ‏E‏).‏ یعنی حدود 5 برابر انرژی در حال سکون آن می‌شود و سرعت آن معادل ‏سرعت پروتون ‏GeV‏467 خواهد ‏بود یعنی ‏C‏98/0 =‏V‏ می‌گردد.

ساختمان دستگاه

این دستگاه از مجموعه‌ای از چند استوانه فلزی با اندازه‌های متفاوت تشکیل شده است بطوری که اگر از اولین استوانه کوچک شروع کنیم با پیشروی طول این استوانه‌ها افزایش می‌یابد. این استوانه‌ها به جریان الکتریکی متناوب متصل هستند. نوع بار الکتریکی استوانه‌ها بطور یک در میان یکسان تغییر می‌کند. هنگامی که یک ذره مثبت به اولین استوانه می‌رسد، استوانه بار منفی می‌گیرد و در نتیجه بار مثبت به سمت صفحه استوانه تمایل پیدا می‌کند، اما همین که ذره به صفحه نزدیک شد، نوع بار صفحه از منفی به مثبت تبدیل می‌شود (چون جریان متناوب است)، پس ذره دفع می‌شود.

از طرف استوانه بعدی بار منفی دارد و در نتیجه ذره به سمت استوانه بعدی جذب می‌شود، اما همین که به صفحه استوانه بعدی رسید، نوع بار استوانه تغییر می‌کند و با این تغییر ، ذره به استوانه بعدش منتقل می‌شود. این فرآیند در طی عبور ذره باردار از استوانه تکرار می‌شود تا اینکه سرعت آن به حد مورد نیاز برسد.

مشکلات سر راه شتابش الکترون

شتابش ثانویه الکترون تغییر قابل ملاحظه‌ای روی سرعتش دارد، ولی جرم ‏آن را افزایش می‌دهد. اگر یک ساختار ‏لوله جریان برای یک ماشین الکترونی ‏انتخاب می‌کردند، طول الکترود می‌بایست برای تمام انرژیهای بالای ‏‏MeV‏1 (‏T‏1 = ‏B‏) تقریبا یکسان می‌باشد و این طول موج برابر طول موج ‏میدان الکتریکی رادیو ‏فرکانسی در فضای آزاد است. ‏چنین لوله‌های جریان دیگر آنقدر کوچک نبودند که در درون کاواک تشدید ‏اختلال بوجود نیاورند (طول آنها ‏بزرگتر از قطر کاواکها می‌باشد). به کار ‏اندازی یک چنین دستگاه فوق‌العاده غیر اقتصادی است.

مکانیزمهای نوین شتابش الکترونها

راه مناسبی برای شتابش الکترون بر اساس تقریب بین سرعت الکترون و ‏سرعت انتشار امواج ‏الکترومغناطیسی وجود دارد. طوری که بجای تولید ‏یک موج ایستاده که در درون یک کاواک جلو و عقب ‏بازتاب کننده یک ذره ‏موج رونده‌ای ایجاد و وادار کرد که در طول محور یک استوانه فلزی پراکنش ‏کند. یک ‏چنین استوانه‌ای را ‏‎(wave guide)‎‏ می‌نامند.‏ الکترونها به درون یک موجبر تزریق می‌شوند و پس از آن تحت تأثیر مؤلفه ‏طولی میدان الکتریکی این ‏موج رونده قرار می‌گیرند و همراه آن به حرکت ‏در می‌آیند. آنها در نتیجه متحمل شتابش پیوسته می‌شوند و ‏شبیه کف ‏که روی امواج دریا منتقل می‌شوند آنها نیز با موج رانده می‌شوند.



تصویر

پایداری فاز شتاب‌ دهنده‌ الکترونی

پایداری فاز در شتاب‌ دهنده‌های الکترونی نیز بکار می‌رود. هر چند که ‏آنها همان روال شتاب دهنده‌های ‏پروتونی را دقیقا دنبال نمی‌کنند، در مورد ‏اخیر ذره همگام که باید همراه موج یعنی با سرعت نور حرکت کند، ‏یک ذره ‏همگام خیالی است. ‏سرعت نور حد نهایی سرعتی است که الکترونها نمی‌توانند به آن برسند. ‏نوسانات فاز و سرعتهای نوسانی ‏وابسته به بالا و پایین مقدار ترازمندی ‏که در شتاب دهنده خطی پروتونی ظاهر می‌شود، در اینجا ممکن نیست ‏‏بجای آن یک حرکت فاز ایستا‌وار درون ماشین شتاب دهنده صورت می‌گیرد.‏

کاربردهای شتاب دهنده الکترونی

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 34829


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..