| - | V{maketoc}
! اولین شتا هده وان دوگراف:
((مولد وان دوگراف|مولدهای وان دوگراف)) اولیه در سال 1931 در درون ((انباره)) های گنبدی بزرگی نصب شده‌اند. الکترود ولتاژ بالا برروی ستون نارسانا سوار شده بود و اندازه اتاق تا آنجا که ممکن بود توسط نیاز به ساختن مسیر عبور جرقه به زمین ، دیوار ، و سقف تعیین می‌شد. همچنانکه ولتاژهای بالاتر لازم شد، به زودی معلوم شد که یک فکر دیگری برای افزایش اندازه این شتابدهندهها باید پیدا شود.
جایگزین کردن هوا با ((اتمسفر|فشار جو)) توسط گازهای با ((فشار)) بالا مثل گاز ((ازت)) - ((فریون)) و یا مخلوط آنها این وظیفه بزرگ را به عهده گرفت. در واقع فشار در یک گاز افزایش می‌یابد. فاصله بین مولکولها کوتاهتر می‌شود این امر در مورد ((پویش آزاد میانگین|پویش آزاد)) یونها نیز صادق است (پویش آزاد یونها نیز کاهش می‌یابد). این بدان معنی است که جرقه در میدانهای با شدت بالاتر بوجود بیاید و در واقع این موردی است که به عنوان مثال ازت در ((فشار)) at16 می‌تواند گرادیان kv/cm200 یا Mv/m20 را تحمل کند.
نتیجه این امر تقریبا 7 برابر شدن قابلیت ماشین و کاهش ابعاد آن به نسبت 7/1 شد. برای مثال مولدهای 5 میلون ولتی را می‌توان در مخزنهای به شعاع 5/2 متر نصب کرد. حتی می‌توان این شتابدهندهها را به‌طور افقی سوار کرد که در مورد اولین نسل شتاب دهنده‌های وان‌دگراف با هوا این امر ممکن نبود.
! ساختمان شتاب دهنده واندوگراف:
__یک شتاب دهنده واندوگراف شامل سه قسمت اساسی است.__
|
+ | !تایه
((مولد وان دوگراف|مولدهای وان دوگراف)) اولیه در سال 1931 در درون انباره‌های گنبدی بزرگی نصب شده‌اند. الکترود ولتاژ بالا برروی ستون نارسانا سوار شده بود و اندازه اتاق تا آنجا که ممکن بود توسط نیاز به ساختن مسیر عبور جرقه به زمین ، دیوار و سقف تعیین می‌شد. همچنانکه ولتاژهای بالاتر لازم شد، به زودی معلوم شد که یک فکر دیگری برای افزایش اندازه این شتاب دهنده‌ها باید پیدا شود. جایگزین کردن هوا با ((اتمسفر|فشار جو)) توسط گازهای با ((فشار)) بالا مثل گاز ((ازت)) - ((فریون)) و یا مخلوط آنها این وظیفه بزرگ را به عهده گرفت.
در واقع فشار در یک گاز افزایش می‌یابد. فاصله بین مولکولها کوتاهتر می‌شود این امر در مورد ((پویش آزاد میانگین|پویش آزاد)) یونها نیز صادق است (پویش آزاد یونها نیز کاهش می‌یابد). این بدان معنی است که جرقه در میدانهای با شدت بالاتر بوجود بیاید و در واقع این موردی است که به عنوان مثال ازت در فشار at16 می‌تواند گرادیان kv/cm200 یا Mv/m20 را تحمل کند. نتیجه این امر تقریبا 7 برابر شدن قابلیت ماشین و کاهش ابعاد آن به نسبت 7/1 شد. برای مثال مولدهای 5 میلون ولتی را می‌توان در مخزنهای به شعاع 5/2 متر نصب کرد. حتی می‌توان این شتاب دهنده‌ها را بطور افقی سوار کرد که در مورد اولین نسل شتاب دهنده‌های وان دوگراف با هوا این امر ممکن نبود.
!ساختمان شتاب دهنده وان دوگراف
__یک شتاب دهنده وان دوگراف شامل سه قسمت اساسی است.__ |
| | #((تانک شتابدهنده|تانک فشار بالا)) | | #((تانک شتابدهنده|تانک فشار بالا)) |
| - | #((مولد جریان مستقیم|مولد الکتریکی DC)) همراه با موتور حرکت دهنده تسمه نقاله و ((الکترود))های ولتاژ بالا.
#((متعلقات شتاب دهنده‌ها))
! معرفی اجزای شتابدهنده واندوگراف:
*متعلقات شتابدهندهها یعنی ((چشمه یونی)) ، ((لوله شتابدهی)) در مورد مولدهای منفی این چشمه یونی یک ((تفنگ الکترونی)) است. صرفنظر از اینکه منبع یونی تفنگ الکترونی باشد یا یک چشمه یونی مثبت ، باید در درون پایانه ولتاژ بالا قرار گیرد.
/>
*از آنجایی که این ابزارها برای کار نیاز به ((مولد برق|منبع برق)) دارند آنها را می‌توان از یک مولد برق کوچک که توسط همان ((تسمه نقاله)) متحرک حامل بار رانده می‌شود تغذیه کرد. فضای دسترس داخل پایانه نسبتا محدود ساخته می‌شود طوری که برای وسایل پیچیده مانند آنچه که برای مثال در تولید یونهای سنگین همانند ((هسته)) C12 به‌کار می‌رود، عملا بوجود می‌آید. />
*در مورد لوله شتابدهی باید توجه داشت که آن بتواند در مقابل کل افت ((اختلاف پتانسیل الکتریکی|پتانسیل)) از پایانه ولتاژ بالا به زمین تحمل داشته‌باشد. پس این لوله از حلقه‌های نارسانا که توسط الکترودهای فلزی از هم جدا شده‌اند درست می‌شود. این سازه به منظور افت تدریجی ولتاژ به‌کار می‌رود. />
*هر کدام از آن الکترودهای ساندویچی به نقاط مختلف یک ((مدار مقسم ولتاژ|مقسم ولتاژ)) وصل‌ند و موجب می‌شوند که میدان الکتریکی به‌تدریج کاهنده و مضافا عمل کانونی کردن باریکه ذرات شتابدار به سطح مقطع کوچکتر ممکن شود.
! کانونش باریکه در شتاب دهنده وان دوگراف:
سؤال کانونش یک سوال بنیادی در همه شتاب دهنده‌هاست که در زیر بررسی می شود: به منظور اجتناب از جرقه‌ها و سایر انواع نشت ((جریان الکتریکی)) گرادیان ((ولتاژ)) باید در همه‌جا کمینه نگه داشته‌شود. به ویژه میدان در طول سیم و لوله باریکه انتقال یونی عملا باید یکنواخت باشد.
برای این منظور کل سازه در درون یک قفس که از حلقه‌های فلزی دایروی متساوی الفاصله که به شعاع خارجی الکترود ولتاژ بالا ساخته شده‌اند، قرار دارند. این حلقه‌ها خود به مقسم ولتاژ آنچنان وصل شده‌اند که اختلاف پتانسیل بین دو حلقه همسایه همیشه برابر ، در نتیجه کاهش ولتاژ از ((الکترود)) بالایی به ((اتصال زمین|زمین)) با ملایمت صورت می‌گیرد. /> />به نظر می‌رسید که بین ولتاژ مورد نیاز و در ازای کل مسیر لوله یک تناسب معین مثلا خطی وجود داشته باشد که تجربیات نخستین نشان داد که این رابطه خطی موجود نیست. بلکه سرعت افزایش طول لوله نسبت به افزایش ولتاژ سریعتر است. عملا این ولتاژ که حدود 7Mv است به نام ولتاژ کلی و اثرش به نام اثر ولتاژ کلی معروف است.
! ویژگیهای طراحی شتاب دهنده:
در یک شتاب دهنده معینی معلوم شده‌است که رابطه غیر خطی بین ولتاژ کل و جریان ارایه شده به روی تسمه موجود است. چطور تغییر برای بیان این پدیده به وجود آمده و توسعه پیدا کرده است. در یکی از آنها فرض می‌شود که ((الکترون|الکترونهای ثانویه)) رهاشده از ذرات برخورد کننده به دیواره‌ها و لبه‌های شکافهای تعبیه شده و یا مولکولهای گازهای باقیمانده بر پشت یا به عقب ((شتاب)) می‌گیرد و به پایانه ولتاژ بالای مقبت برخورد کرده و تولید اشعه ایکس می‌کنند.
((اشعه ایکس)) به نوبه خود به طور نسبی گاز عایق ساز را یونیزه کرده و ایجاد بارهای آزاد می‌کند که انتقال آنها موجب یک بار اضافی روی تسمه می‌شود. چنانچه می‌دانیم ولتاژ و در نتیجه ((انرژی جنبشی|انرژی الکترونها)) افزایش می‌یابد و موجب تولید بیشتر و بیشتر اشعه ایکس می‌شود که همراه آن به تناسب یونش در ((گاز)) بیشتر شده نهایتا به یک حالت اشباع می‌رسد.
! بهینه سازی شتاب دهنده های ایستایی:
راه حل هوشمندانه‌ای برای حل مسله ((جریان پشتی شتاب دهنده)) توسط ((وان دوگراف)) ، ((رولز)) و ((ویتکار)) در سال 1962 پیش بینی شده‌است. این راه‌حل کاملا اثر ولتاژ کلی را بر طرف می‌کند. لوله‌های معمولی شتابدهی با الکترودهای قایم بر محور طولی لوله درست می‌شوند. این سه نفر به جای آن لوله‌هایی به شکل مایل (مورب) درست کردند.
این الکترودهای مایل موجب بروز مولفه شعاعی ((میدان الکتریکی)) می‌شوند، در نتیجه این امر طول ((خطط نیی الکتریکی|خطوط نیروی میدان الکتریکی)) به کسر کوچکی از طول لوله کاهش پیدا کرد. به عبارت دیگر الکترونی که در طول خط نیرو حرکت می‌کند قبل از رسیدن به ((انرژی پتانسیل الکتریکی|انرژی)) کابل به یک ((الکترود)) برخورد می‌کند. این مایل بودن میدان یک در میان معکوس می‌شود. به طوری که اثر کلی آنها روی ((باریکه یونی)) به طور میانگین صفر می‌شود.
! مباحث مرتبط با عنوان:
|
+ | #((مولد جریان مستقیم|مولد الکتریکی DC)) همراه با موتور حرکت دهنده تسمه نقاله و الکترودهای ولتاژ بالا.
#((متعلقات شتاب دهنده‌ها)) />
>>
/>
{img src=img/daneshnameh_up/e/e9/4_Tandem_van_de_Graaf.jpg}
|
!معرفی اجزای شتاب دهنده واندوگراف
*متعلقات شتاب دهنده‌ها یعنی ((چشمه یونی)) ، ((لوله شتابدهی)) در مورد مولدهای منفی این چشمه یونی یک ((تفنگ الکترونی)) است. صرفنظر از اینکه منبع یونی تفنگ الکترونی باشد یا یک چشمه یونی مثبت ، باید در درون پایانه ولتاژ بالا قرار گیرد.>
*از آنجایی که این ابزارها برای کار نیاز به ((مولد برق|منبع برق)) دارند آنها را می‌توان از یک مولد برق کوچک که توسط همان ((تسمه نقاله)) متحرک حامل بار رانده می‌شود تغذیه کرد. فضای دسترس داخل پایانه نسبتا محدود ساخته می‌شود طوری که برای وسایل پیچیده مانند آنچه که برای مثال در تولید یونهای سنگین همانند ((هسته)) C12 بکار می‌رود، عملا بوجود می‌آید.>>
*در مورد لوله شتابدهی باید توجه داشت که آن بتواند در مقابل کل افت ((پتانسیل الکتریکی|پتانسیل)) از پایانه ولتاژ بالا به زمین تحمل داشته باشد. پس این لوله از حلقه‌های نارسانا که توسط الکترودهای فلزی از هم جدا شده‌اند درست می‌شود. این سازه به منظور افت تدریجی ولتاژ بکار می‌رود.
*هر کدام از آن الکترودهای ساندویچی به نقاط مختلف یک ((مدار مقسم ولتاژ|مقسم ولتاژ)) وصل هتند و موجب می‌شوند که ((میدان الکتریکی)) به تدریج کاهنده و مضافا عمل کانونی کردن باریکه ذرات شتابدار به سطح مقطع کوچکتر ممکن شود.
!کانونش باریکه در شتاب دهنده وان دوگراف
سؤال کانونش یک سوال بنیادی در همه شتاب دهنده‌هاست که در زیر بررسی می‌شود: به منظور اجتناب از جرقه‌ها و سایر انواع نشت ((جریان الکتریکی)) گرادیان ولتاژ باید در همه جا کمینه نگه داشته شود. به ویژه میدان در طول سیم و لوله باریکه انتقال یونی عملا باید یکنواخت باشد. برای این منظور کل سازه در درون یک قفس که از حلقه‌های فلزی دایروی متساوی الفاصله که به شعاع خارجی الکترود ولتاژ بالا ساخته شده‌اند، قرار دارند. این حلقه‌ها خود به مقسم ولتاژ آنچنان وصل شده‌اند که اختلاف پتانسیل بین دو حلقه همسایه همیشه برابر ، در نتیجه کاهش ولتاژ از الکترود بالایی به ((اتصال زمین|زمین)) با ملایمت صورت می‌گیرد.
به نظر می‌رسید که بین ولتاژ مورد نیاز و در ازای کل مسیر لوله یک تناسب معین مثلا خطی وجود داشته باشد که تجربیات نخستین نشان داد که این رابطه خطی موجود نیست. بلکه سرعت افزایش طول لوله نسبت به افزایش ولتاژ سریعتر است. عملا این ولتاژ که حدود 7Mv است به نام ولتاژ کلی و اثرش به نام اثر ولتاژ کلی معروف است.
!ویژگیهای طراحی شتاب دهنده
در یک شتاب دهنده معینی معلوم شده است که رابطه غیر خطی بین ولتاژ کل و جریان ارائه شده به روی تسمه موجود است. چطور تغییر برای بیان این پدیده بوجود آمده و توسعه پیدا کرده است. در یکی از آنها فرض می‌شود که الکترونهای ثانویه رها شده از ذرات برخورد کننده به دیواره‌ها و لبه‌های شکافهای تعبیه شده و یا مولکولهای گازهای باقیمانده بر پشت یا به عقب ((شتاب)) می‌گیرد و به پایانه ولتاژ بالای مقبت برخورد کرده و تولید اشعه ایکس می‌کنند. ((اشعه ایکس)) به نوبه خود بطور نسبی گاز عایق ساز را یونیزه کرده و ایجاد بارهای آزاد می‌کند که انتقال آنها موجب یک بار اضافی روی تسمه می‌شود. چنانچه می‌دانیم ولتاژ و در نتیجه ((انرژی جنبشی|انرژی الکترونها)) افزایش می‌یابد و موجب تولید بیشتر و بیشتر اشعه ایکس می‌شود که همراه آن به تناسب یونش در گاز بیشتر شده نهایتا به یک حالت اشباع می‌رسد.
!بهینه سازی شتاب دهنده های ایستایی
راه حل هوشمندانه‌ای برای حل مسله جریان پشتی شتاب دهنده توسط ((وان دوگراف)) ، ((رولز)) و ((ویتکار)) در سال 1962 پیش بینی شده است. این راه حل کاملا اثر ولتاژ کلی را برطرف می‌کند. لوله‌های معمولی شتابدهی با الکترودهای قائم بر محور طولی لوله درست می‌شوند. این سه نفر به جای آن لوله‌هایی به شکل مایل (مورب) درست کردند. این الکترودهای مایل موجب بروز مؤلفه شعاعی ((میدان الکتریکی)) می‌شوند، در نتیجه این امر طول ((یا الکتریکی|خطوط نیروی میدان الکتریکی)) به کسر کوچکی از طول لوله کاهش پیدا کرد. به عبارت دیگر الکترونی که در طول خط نیرو حرکت می‌کند قبل از رسیدن به ((انرژی پتانسیل الکتریکی|انرژی)) کابل به یک ((الکترود)) برخورد می‌کند. این مایل بودن میدان یک در میان معکوس می‌شود. به طوری که اثر کلی آنها روی ((باریکه یونی)) به طور میانگین صفر می‌شود.
!مباحث مرتبط با عنوان |
| | *((جریان پشتی شتاب دهنده)) | | *((جریان پشتی شتاب دهنده)) |
| | *((شتاب دهنده ذرات بنیادی)) | | *((شتاب دهنده ذرات بنیادی)) |
| | *((شتاب دهنده وان دوگراف)) | | *((شتاب دهنده وان دوگراف)) |
| | *((متعلقات شتابدهندهها)) | | *((متعلقات شتابدهندهها)) |
