|
برهمکنش میدان الکترومغناطیسی با ذره
از جمله مواردی که در شتابش ذرات باید مورد توجه قرار گیرد برهمکنش میدان الکترومغناطیسی با ذره است که از این به بعد آن را باردار می‌کنیم. همانگونه که قبلا اشاره شد کمیت انرژی یکی از کمیتهای مورد محاسبه است که در این برهمکنش آن را مورد توجه قرار می‌دهیم.
|
تغییر انرژی ذرات
برای تغییر در انرژی جنبشی یک ذره باردار رابطه زیر بکار برده می‌شود که در آن ΔT تغییر انرژی جنبشی ، Pq بار الکتریکی ذره مورد شتابش و ΔV معیاری از میدان الکترومغناطیسی است که در اینجا آن را اختلاف پتانسیل در نظر می‌گیریم.
PqΔV/Δv = ΔT
از طرف دیگر اختلاف پتانسیل در یک سیستم الکترواستاتیکی بار مجتمع در آن به ظرفیت آن می‌باشد. گاهی اوقات لازم است که پتانسیل تابع زمان (اختلاف پتانسیل متغیر) برای شتابش ذرات مورد توجه قرار بگیرد، رابطه حاکم به این کمیت بصورت زیر می‌باشد:
V(t) = Vmax sin (2πft + φ0)
که در آن f فرکانس القایی وφ0 فاز اولیه می‌باشد.
شتابش الکترومغناطیسی
وقتی صحبت از برهمکنش میدان الکترومغناطیسی با ذره پیش می‌آید تنها میدان الکتریکی با معیار اختلاف پتانسیل که در فوق اشاره شد، مورد سخن ما نیست. بلکه میدان مغناطیسی نیز امر شتابدهی را می‌تواند انجام دهد. بر اساس اصول و مباحث مطرح شده در الکترومغناطیس ، میدان مغناطیس مطابق رابطه زیر نیرویی بر ذره باردار به صورت F = qvxB وارد می‌کند. که در آن q بار ذره ، v سرعت و B بردار اندوکتانس (القا) مغناطیسی است.طبیعتا مقدار نیرو برابر رابطه نرده‌ای (∠V,B)F = qvB sin خواهد بود. همین نیرو موجب تغییر جهت بردار سرعت ذره و لزوما تغییر مسیر آن به شکل دایره می‌شود. پس رابطه دیفرانسیلی حرکت بصورت F = mV2/r در مورد آن مطرح است و از آنجا سرعت زاویه‌ای برای چنین مسیری برای ذره بصورت ω = qB/m می‌باشد. این سرعت زاویه‌ای بخاطر ثابت بودن جرم در منطقه غیر نسبیتی ، جرم در حال سکون را در محاسبات می‌پذیرد و برای ناحیه نسبیتی بصورت زیر است:
ω = qBC2/W
اصطلاحی در فیزیک شتاب دهنده در مورد میدان مغناطیسی مطرح است که ما امروز آن را به نام سختی مغناطیسی یا صلب بودن میدان مغناطیسی می‌نامیم. این کمیت بصورت Br مطرح است، بطوری که Br = mV/qکه در آن B اندوخته مغناطیسی ، r شعاع انحنای مسیر ذره است. این کمیت برابر نسبت تکانه ذره به بار ذره می‌باشد. بنابراین تکانه کوچکتر موجب شعاع کوچکتر حرکت است و آن نیز معیار کمتر سخت بودن می‌باشد.
|
مکانیزم شتاب دهنده‌های پیشرفته
نیرو در یک میدان مغناطیسی ایستا (Magnetostatic) کار روی ذره انجام نمی‌دهد. این امر در مورد میدانی که با زمان تغییر می‌کند دیگر درست نیست، در یک چنین موردی یک میدان الکتریکی که شدت آن با میزان تغییرات میدان مغناطیسی بوجود آورده آن بستگی دارد بکار گرفته می‌شود. این حقیقت اساس شتابش در ماشینهای نظیر بتاترون و سنکروترون است. از طرف دیگر اساس کار ترانسفورماتورهای مبدل ولتاژ نیز این پدیده است. برای تولید این میدان الکتریکی مفهوم شار مغناطیسی را مجددا برای شما تعریف می‌کنیم.اگر شاره مغناطیس به نحوی نسبت به زمان متغیر باشد، در محیط یک نیروی محرکه الکتریکی القا می‌شود. این تغییرات شار مغناطیسی با میدان الکتریکی مربوط است که به کمک همدیگر شتابش الکترومغناطیسی ذرات را سبب می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌کنیم میدان مغناطیسی متغیر زمانی قادر به القای انرژی جنبشی به ذره باردار است.
واحدهای مورد نیاز در شتاب دهنده‌های پیشرفته
واحدهایی که در فیزیک و تکنولوژی شتاب دهنده‌ها بکار گرفته می‌شود عبارتند از:- مضارب الکترون ولت (ev) برای انرژی مثل Kev ، Mev و Gev یا Bev بکار می‌رود.
- در مورد میدان مغناطیسی تسلا و گاوس دو واحد مرسوم هستند.
- در مورد جریان الکتریکی کیلو آمپر الی نانو آمپر مطرح نیستند، کیلو آمپر برای جریان بکار رفته در میدان مغناطیسی بکار می‌رود، در صورتی که اجزای آمپر مثل میلی و میکرو و نانو معیار باریکه ذرات هستند.
مباحث مرتبط با عنوان
- اختلاف پتانسیل
- الکترومغناطیس
- برهمکنش میدان الکترومغناطیسی با ذره
- ترانسفورماتور
- دستگاه SI
- سنکروترون
- شتاب دهنده ذرات
- مغناطیس
- میدان الکتریکی
- نیروی مغناطیسی