Линейный ускоритель элементарных частиц

Материал из Википедии, свободной энциклопедии
"ЛУ" перенаправляется сюда. Для коммуны во Франции, см. ЛУ, Лот .

Линейный ускоритель в австралийских синхротронного использует радиоволны от серии полости РФ в начале ускорителя для ускорения электронного пучка в сгустки до энергии 100 МэВ.

Линейный ускоритель частиц (часто сокращается до ускорителя) является одним из видов ускорителей частиц , что значительно увеличивает скорость заряженных субатомных частиц или ионов , подвергая заряженных частиц в серии осциллирующих электрических потенциалов вдоль линейных канале , этот метод ускорения частиц был изобретен в 1928 году Рольф Widerøe . [1]

Линейные ускорители имеют много применений, от поколения Х-лучей в лечебных целях, чтобы быть инжектора для высших энергий ускорителей, для исследования свойств субатомных частиц . Конструкция ускорителя зависит от типа частиц, которые ускоряются: электроны , протоны или ионы . Они варьируются в размерах от электронно-лучевой трубки к 2-милю (3,2 км) в длину ускорителя на SLAC Национальной ускорительной лаборатории в Менло-Парк, штат Калифорния . Содержание [hide]
1 Строительство и эксплуатация
2 Преимущества
3 Недостатки
4 Звонок полей
5 См. также
6 Ссылки
7 Внешние ссылки

[ редактировать ]
Строительство и эксплуатация

Схема линейного ускорителя

Линейный ускоритель частиц состоит из следующих элементов:
Источник частиц. Конструкция источника зависит от частиц, которые в настоящее время переехал. Электроны порождаются холодным катодом , горячим катодом , фотокатодом , или радиочастотных (РЧ) ионных источников . Протоны формируются в ионный источник , который может иметь много различных конструкций. Если тяжелые частицы должны быть ускорены, (например, урана ионов ), специализированных источника ионов не требуется.
Источник высокого напряжения для начальной инжекции частиц.
Полые камеры вакуумной трубы. Длина зависит от конкретных условий применения. Если устройство используется для производства рентгеновских лучей для осмотра или лечения трубы может быть только от 0,5 до 1,5 метров. Если прибор будет инжектора для синхротронного это может быть около десяти метров. Если устройство используется в качестве основного ускорителя для ядерных исследований частицы, это может быть несколько тысяч метров.
В камере, электрически изолированные цилиндрические электроды расположены, длина которых варьируется в зависимости от расстояния вдоль трубы. Длина каждого электрода определяется частотой и мощностью вождения источника питания и характер частицы быть ускорено, с короткими сегментами вблизи источника и больше сегментов вблизи мишени. Масса частиц имеет большое влияние на длине цилиндрических электродов, например электрон значительно легче, чем протонов и поэтому обычно требуется гораздо меньшее сечение цилиндрических электродов, как он ускоряет очень быстро. Кроме того, поскольку его масса настолько мала, электроны имеют намного меньше кинетической энергии , чем протонов с той же скоростью. Из-за возможности электронного выбросов сильно заряженной поверхности, напряжения используются в ускорителе имеют верхний предел, так что это не может быть столь же просто, как только увеличением напряжения в соответствии увеличением массы.
Один или несколько источников радиочастотной энергии, используемых для активизации цилиндрическими электродами. Очень высокой мощностью ускоритель будет использовать один источник для каждого электрода. Источники должны работать на точное мощности, частоты и фазы соответствующих частиц типа ускорить, чтобы получить максимальную мощность устройства.

Магнитов ускорителя окружающих из австралийского синхротрона используются, чтобы помочь фокус пучка электронов
Соответствующие цели. Если электроны ускоряются для производства Х-лучей , то с водяным охлаждением вольфрамовой мишени используется. Различные материалы целевой используются, когда протоны и другие ядра ускоряются, в зависимости от конкретных исследований. Для частиц расследования столкновения частиц пучка могут быть направлены на пару накопителях, с частицами держали в кольце магнитными полями. Пучков могут быть извлечены из накопителей для создания голову на столкновений частиц.

Как сгустка проходит через трубку он не подвержен (труба действует как клетка Фарадея ), в то время как частота управляющий сигнал и расстояние между электродами пробелы сконструированы таким образом, что максимальное дифференциальное напряжение появляется как частица пересекает пробел. Это ускоряет частицы, передавая энергию в виде повышенной скорости. При скорости близкой к скорости света, постепенное увеличение скорости будет мало, с энергией появляться как увеличение массы частицы. В части ускорителя, где это происходит, трубчатые длины электрода будет почти постоянной.
Дополнительные магнитных или электростатических линз могут быть включены для того, чтобы луч остается в центре трубы и электроды.
Очень длинные ускорители могут поддерживать точное выравнивание их компонентов с помощью следящих систем руководствоваться лазерного луча.
[ редактировать ]
Преимущества

Стэнфордский университет сверхпроводящего линейного ускорителя, который находится на территории кампуса ниже Хансен Labs до 2007 года. Этот объект является отдельным от SLAC

Линейные ускорители соответствующего дизайна способны ускорения тяжелых ионов с энергией, превышающей те, которые доступны в кольцевых ускорителей, которые ограничены по силе магнитного поля, необходимые для поддержания ионов на криволинейной траектории. мощности линейных ускорителей высокой разрабатываются также для производства электронов при релятивистских скоростях, требуется, так как быстрые электроны путешествия в дугу будет терять энергию через синхротронного излучения ; это ограничивает максимальную мощность, что может быть передано электронов в синхротроне заданного размера.

Линейные ускорители также способны огромные выход, производя почти непрерывный поток частиц, в то время как синхротронное будет лишь периодически повышать частиц на энергию, достаточную для заслуги "выстрел" в мишень. (Взрыв может быть проведен или храниться в кольцо на энергию, чтобы дать время экспериментальной электроники на работу, но средний выходной ток по-прежнему ограничен.) Высокой плотности производства составляет ускорителя особенно привлекательным для использования в загрузке хранилища кольцо с частицами в рамках подготовки к частице столкновений частиц. Высокий выход массы также делает устройство практически для производства антивещества частиц, которые, как правило, трудно получить, будучи лишь малую долю цели столкновения продукции. Они могут быть сохранены и использованы для дальнейшего исследования вещества и антивещества уничтожения.

Медицинский класса линейных ускорителей ускорения электронов с помощью настроенной-полости волновода, в котором власти РФ создает стоячую волну . Некоторые линейные ускорители имеют короткие, вертикально установленных волноводов, в то время как высшие энергии машин, как правило, горизонтальные, больше волновода и изгиб магнита, чтобы включить пучка вертикально по отношению к пациенту. Медицинское использование линейных ускорителей моноэнергетических пучков электронов между 4 и 25 МэВ, давая рентгеновского выход спектр энергий вплоть до энергии электронов, когда электроны, направленных на высокой плотности (например, вольфрам ) цели. Электронов или рентгеновских лучей может быть использован для лечения как доброкачественных и злокачественных заболеваний. Надежность, гибкость и точность пучка излучения производится в основном вытеснена кобальта терапии в качестве лечения инструмент. Кроме того, устройство может быть просто выключен, когда он не используется, нет источника требующие тяжелых защиты - хотя длительное применение высокой мощности (> 18 МэВ) машины может вызвать значительное количество излучения в металлические части главы машина после включения питания, чтобы машина была удалена (то есть они становятся активным источником и необходимые меры предосторожности должны быть соблюдены).
[ редактировать ]
Недостатки
Устройство длиной пределы мест, где могут быть размещены.
Большое количество драйверов устройств и связанных с ними питания требуется, увеличение строительства и обслуживания счет этой части.
Если стены ускорительных полостях сделаны нормально проводящего материала и ускоряющих полей большие, стену сопротивления преобразует электрическую энергию в тепло быстро. С другой стороны сверхпроводников имеют различные ограничения и слишком дороги для очень больших ускорителей. Таким образом, ускорителей высоких энергий, таких как SLAC , по-прежнему самая длинная в мире (в его различных поколений), выполняются в короткие импульсы, что ограничивает средний ток выхода и заставить экспериментальных детекторы для обработки данных, поступающих в короткими очередями.
[ редактировать ]
Звонок полей

Электронов из клистрона создать тянущего поля. Приводной частиц также генерировать поле, называемое Wakefield. Для сильных Уэйкфилдс высоких частот используются, которые также дают более высокие поля. Малых диэлектрически загружен волновода или связанных волноводов полости используются вместо больших волноводов с малыми трубы дрейфа.

В конце все поля поглощается эквивалент нагрузки или потерь в резонаторе.