شتابدهنده ذرات: تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
Xaratustra (بحث | مشارکت‌ها) جز Xaratustra صفحهٔ شتابدهنده ذره‌ای را به شتابدهنده ذرات که تغییرمسیر بود منتقل کرد: درود بر ادب دوست و سپاس از نوشتار. با توجه به مصوبه فر... |
ابرابزار |
||
خط ۱:
[[پرونده:Fermilab.jpg|بندانگشتی|200px|نمای هوایی از یک سنکروترون در [[فرمی لب|مرکز تحقیقاتی فرمی]] در ۵۰ کیلومتری [[شیکاگو]].]]
'''شتابدهنده'''، دستگاهی است که در آن ذرّات باردار (مانند: [[ذرات بنیادی]]، [[هسته اتم
از شتابدهندهها در زمینه‌های مختلفی از [[فیزیک]]، از جمله در اندازه‌گیریهای متعددی در [[فیزیک هسته‌ای]] استفاده می‌شود: یعنی از طریق شلیک ذرّات، توسط شتابدهنده به سوی جسم در حال تحقیق
خط ۱۴:
'''سیکلوترونها'''
اشکال اساسی در شتاب دهنده‌های خطی، طول بلند آنها برای حصول به انرژی‌های بالا است و این اشکال با ساختن اولین سیکلو ترون در سال۱۳۳۱–۱۳۲۹توسط لارنس و لینوینگستون مرتفع گردید. ذرات در مسیر مارپیچی شکل در داخل دو نیم کره فلزی میان تهی به نام
یک سیکلوترون به صورت دو آهن‌ربای دوقطبی بزرگ طراحی شده برای ایجادیک ناحیه نیم دایره‌ای میدان مغناطیسی یکنواخت که به طور یکنواخت به طرف پایین جهت گیری دارد، طراحی می‌شود.
خط ۲۰:
یک ولتاژ نوسانی برای ایجاد یک [[میدان الکتریکی]] در عرض این شکاف اعمال می‌شود. ذرات به ناحیه میدان مغناطیسی یک مسیرِD خارج یک مسیر نیم دایره‌ای تزریق می‌شوند تا به شکاف برسند. بدین ترتیب میدان الکتریکی، به ذرات وقتی از آن عبور می‌کنند، شتاب می‌دهد.
حالا ذرات انرژی بالاتری دارند، پس ذر یک مسیر نیم دایره‌ای دیگر درD بعدی با شعاع بزرگتر جریان میابند وبنابراین دوباره به شکاف می‌رسند. بسامد میدان الکتریکی باید درست طوری تنظیم شود که جهت میدان به وسیله زمان ورود آنها در شکاف معکوس شود. میدان در شکاف، آنها را شتاب می‌دهد و آنها دوباره وارد اولین D می‌شوند. بدین ترتیب وقتی ذرات به اطراف به طور مارپیچ می‌چرخند انرژی کسب می‌کنند. طراحی سیستم چنان است که وقتی آنها سرعت می‌گیرند، یک قوس بزرگ را دنبال می‌کنند و از اینرو همیشه در یک زمان به شکاف می‌رسند. این راه یک نوسان میدان الکتریکی بسامد ثابت، ادامه میابد تا همواره در عرض شکاف به آنها شتاب داده شود. محدودیت
بنابراین سیکلوترونها دارای یک چشمه یونی است، که بین دو صفحه نیم دایره میان تهی (به نام دی) قرار گرفته‌است. فاصله بین دی‌ها جایی است که شتاب یون در آنجا صورت می‌پذیرد. وپایین دی‌ها وچشمه یون قطب‌های یک مغناطیس بزرگ قرار دارند. تأثیر میدان مغناطیس بر روی [[ذرات باردار]] موجب حرکت آنها در یک مسیر دایره‌ای می‌گردد. در هنگام کار سیکلوترون، چشمه یون، ذرات باردار (معمولاً مثبت) را به فضای بین دی‌ها تزریق می‌کند که این ذرات به داخل دی دارای بار مخالف شتاب داده می‌شوند، و فقط مجبور به حرکت در یک مسیر دایره‌ای به وسیله میدان مغناطیسی می‌باشند. ابتدا، انرژی ذرات پایین است و مسیر طی شده دارای شعاع کوچکی است. بلافاصله پس از خروج ذرات بوسیله دی اول دفع شده و به سمت دی دوم شتاب داده می‌شوند. در این زمان، ذرات انرژی جنبشی نسبتاً بیشتری دارند، لذا آنها مسیر دایره شکلی را که دارای شعاع بزرگتر است طی می‌کنند، ولی زمانی را که ذره برای [[بیرون آمدن]] از دی‌ها لازم دارد همیشه یکسان است (سرعت آنها بالاتر است، ولی مسیری که دارای شعاع بزرگتری است، طولانی‌تر است. ذراتی که هر بار به این طریق شتاب داده می‌شوند از فاصله بین دی‌ها عبور می‌کنند. سرانجام شعاع مسیر مارپیچی که باید سیکلوترون آن را در حرکت بعدی خود نگه دارد، بسیار بزرگ شده و ذرات به صورت [[بار الکتریکی]] از داخل سیکلوترون به طرف هدف منحرف می‌گردند.
بیشینه انرژی که در سیکلوترونهای متعارف وفرکانس ثابت قابل دسترس است حدودMeV۲۵برای پروتن و دوترون، و MeV۵۰برای [[ذرات آلفا]] است. شکل میدان الکترواستاتیک در شکاف یا فاصله بین دی‌ها و همچنین طراحی میدان مغناطیسی، سبب یک غیر یک نواختی در لبه‌های بیرونی دی‌ها می‌شوند که این خود باعث یک اثر تمرکزی در باریکه ذرات می‌گردد؛ بنابراین یون‌ها در باریکه درونی با شدت کمتر از ۵/۰
== سنکروسیکلوترون ==
خط ۴۱:
یک سنکروترون که گاهی اوقات سنکروسیکلوترون نامیده می‌شود، یک شتاب دهنده دایره‌ای است که دارای یک کاواک مشدد الکترومغناطیس برای شتاب دادن ذرات است. چندین شتابدهنده دایره‌ای در آزمایشگاه شتابدهنده ملی فرمی وجود دارند. ذرات از طریق هر کاواک به دفعات بسیار عبور می‌کنند. وقتی آنها حول حلقه میگردنند، هر مرتبه یک شتاب کوچک دریافت می‌کنند، یا انرژی را افزایش می‌دهند. وقتی انرژی یا شدت میدان تغییر می‌کند در نتیجه شعاع مسیر ذرات تغییر می‌یابند.
بدین ترتیب، افزایش انرژی می‌یابند شدت میدان مغناطیسی که برای هدایت کردن آنها استفاده می‌شود باید با هر چرخش برای نگه داشتن ذرات متحرک در یک حلقه، تغییر کند. تغییر در میدان مغناطیسی باید به طور دقیق با تغییر در انرژی همزمان شود یا باریکه تلف خواهد شد؛ بنابراین نام '''سنکروترون''' از گستره انرژی‌های بالایی کهذرات می‌توانند در یک تک حلقه شتاب بگیرند بوسیله گستره شدت میدان قابل دستیابی با دقت بالا از یک مجموعه خاص آهنرباها، معین می‌شود. برای رسیدن به انرژی‌های بالا، فیزیکدان‌ها گاهی اوقات از یک مجموعه سنکروترون‌های با اندازه‌های متفاوت استفاده می‌کنند، هر یک، سیستم بزرگتر بعدی را تغذیه می‌کند. ذرات اغلب پیش از ورود به اولین حلقه، با استفاده از یک شتابدهنده خطی کوچک یا وسیله‌ای دیگر پیش شتاب می‌گیرند. [[تابش سنکروترون]] نامی است که به [[تابش الکترومغناطیسی]] گسیل شده بوسیله ذرات باردار چرخنده در یک سنکروترون اطلاق می‌شود. این تابش به این علت است که ذرات باردار بوسیله میدان مغناطیسی از آهنرباهای دوقطبی برای به حرکت
[[طول موج]] و شدت تابش سنکروترون به انرژی و نوع ذره گسیل شده بستگی دارد. اگر منظ. ر انبار کردن یک باریکه انرژی بالا باشد پس تابش سنکروترون یک مشکل است. اتلاف انرژی از باریکه بوسیله این اثر تابش، باید به وسیله معرفی کاواک‌های شتاب دهنده در یک یا چند مکان در حلقه بازگردانده شود، تا به ذرات هرگاه که عبور می‌کنند یک تکان در انرژی بدهند. میزان و انرژی تابش به سرعت ذرات تابش کننده و شدت میدان مغناطیسی وابسته‌است. وقتی ذرات به سرعت نور نزدیک می‌شوند، این اثر سریعاً افزایش میابد. ضریب [[نسبیت خاص]]، گاما، نسبت به انرژی ذره به انرژی جسم سکون، یعنی mC^۲ است. اتلاف انرژی برای انرژی یک الکترون معین با گاما یعنی با؟ ?mC?^۲ متناسل است.
خط ۵۴:
شتاب دهنده‌ها برای شتاب دادن یون‌های سنگین با بار مثبت مانند پروتون‌ها طراحی شده‌اند. شتاب دادن الکترون‌ها نیز، بجز برای سیکلوترون، امکان‌پذیر است. زیرا افزایش انرژی نسبیتی الکترون‌ها ۲۰۰۰مرتبه پایین‌تر از پروتون‌ها ست. بتاترون یک شتاب دهنده الکترون است که دارای تشابهاتی با سنکروترون می‌باشد. مدار الکترون در آنها ثابت بوده و میدان مغناطیسی وابسته به زمان است. با وجود این، شتاب الکترون‌ها مانند شتاب دادن آنها در ترانسفورمرها است که هادی مسی خروجی با باریکه الکترونی جایگزین شده‌است.
==
{{اصلی|حلقه ذخیره}}
خط ۷۹:
== کاربردهای دیگر ==
[[پرونده:Accl2 ric.jpg|بندانگشتی|250px|شتابدهنده ۱۷ [[ام‌ای‌وی]] در [[مرکز پژوهش‌های تصویری مرکز علوم درمانی تگزاس در سن‌آنتونیو]].]]
شتابدهندهها در [[فیزیک پزشکی]] و به ویژه در [[پزشکی هسته‌ای]] کاربردهای مهمی دارند. بطور مثال برای تولید برخی [[رادیوایزوتوپ
== جستارهای وابسته ==
| |||