: شتاب دهنده خطی

!مقدمه

در آزمایشگاههای کوانتمی از ذرات باردار پرتوزایی یا ((ذرات بنیادی)) مانند ((ذره آلفا|آلفا)) ، ((ذره بتا|بتا)) ، ((پوزیترون)) ، ((موئون|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.




	{picture=accelerator_1.JPG}		{picture=accelerator_1.JPG}

((الکترون|جرم الکترون)) 1836 بار کوچکتر از ((پروتون|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 متناوب|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 ((تفنگ الکترونی|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 ((امواج ساکن|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.




	{img src=img/daneshnameh_up/0/0c/Cyclotron1.JPG}		{img src=img/daneshnameh_up/0/0c/Cyclotron1.JPG}

!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

*تولید الکترونهای سریع جهت استفاده در ((واکنش هسته‌ای|واکنشهای هسته‌ای)) ، ((راکتور هسته‌ای|راکتورهای هسته‌ای)) ، ‏کاربردهای ‏پزشکی و ...‏ .

*مطالعه ((ساختار هسته‌ای|ساختارها)) و ((مدلهای ‌هسته‌ای)) و ((هسته اتم|خواص هسته‌ها‏)).

*بررسی پدیده‌های ریز اتمی و تأیید نظریات کوانتومی با استفاده از الکترونهای ‏شتابدار.

*تونل زنی الکترون و کاربردهای متعدد آن در پیوندهای فلزات و نیم رساناها‏.

!مباحث مرتبط با عنوان

*((پایداری فاز شتاب ‌دهنده‌))

*((تفنگ الکترونی))

*((جریان متناوب))

*((راکتور هسته‌ای))‏

*((موجبر))

*((مولد وان دوگراف))