up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله فيزيک شتابدهنده PDF
QR code - فيزيک شتابدهنده

فيزيک شتابدهنده

دستيابي به انرژي بالا يکي از آرزوهاي فيزيکدانان ، شيميدانان ، دانشمندان طب و ... و حتي با وجود امکان دست رسي به انرژي بالا هنوز هم تلاشها براي فراهم آوردن انرژيها بالاتر ادامه دارد زيرا انرژي بالا در شناخت و بررسي جهان ريز (مثل سيستمهاي اتمي) و جهان بزرگ (مثل کهکشانها) و در کشف پديدههاي موجود در اين جهانها با ايجاد تسهيلات فراوان موثر واقع مي شود. آيا در تشخيص فرد خاصي در انبوه جمعيت ، مثلا دانش آموزان يک دبستان ، از راه دور به زحمت افتاده ايد؟
براي اين تشخيص يا به داخل جمعيت مي رود يا در محل ايستادن خودتان از يک دوربين کمک مي گيرد. انرژي بالا نيز با وضع مشابهي به فيزيکدان يا شيميدان در کشف پديدههاي جديد کمک مي دهد. شتابدهندهها دستگاههايي هستند که از طريق شتاب دادن ذرات در ميدانهاي الکتريکي يا مغناطيسي به منظور دادن انرژي بالا به آنها بکار مي روند. اين ماشينها در کشف ذرات ريز اتمي فيزيکدانان و در تجزيه ساختار ترکيبات شيميدانان را ياري رسانده و دانشمندان طب را براي مبارزه با بيماريها مسلح مي کند.
● مکانيزمهاي شتاب دادن ذرات
سازندههاي شتابدهنده به طرق گوناگوني موفق به شتاب دادن ذرات باردار شده اند. برخي از آنان از طريق اعمال ولتاژ مستقيم بين دو ترمينال براي شتاب ذرات باردار به سمت هدف استفاده کرده اند و برخي ديگر از طريق حمل بار با ابزار مکانيکي مثل تسمه و قرقره به محفظهاي که شامل منبع يونهاي با بار همنوع بار حمل شده به اين محفظه است، به شتاب ذرات باردار پرداخته اند. بعضي توانسته اند از طريق شتاب دادن کوچک متوالي ذرات باردار به انرژي بالا دست يابند.
وجود نواقصي در روشهاي مذکور سازندهها را به استفاده از روشهاي پيشرفته براي شتاب ذرات واداشته است «شتابدهنده پيشرفته). يکي از اين روشها شتاب دادن ذرات باردار روي مسير مارپيچي دايروي به کمک ميدانهاي مغناطيسي بوده که خود اين روش نيز در طي تکامل خود روش بهتري را سبب شده است مثلا در مسير مارپيچ دايروي براي رسيدن به ذرات با انرژي خيلي بالا لازم است که طول اين مسير را طولاني کنند ولي استفاده از تغيير اندازه ميدان مغناطيسي و تغيير فرکانس توانستهاند به جاي مسير مارپيچ دايروي ، ذرات باردار روي دايرههاي هم مرکز شتاب بزرگي بدهند. علاوه براينها با استفاده از مغناطيسهاي فوق هادي به جاي مغناطيسهاي معمولي قدم ديگري برداشته و در صدد ساختن شتاب دهندههاي عظيم و کامل نهاده اند.
● اجزاي شتابدهنده ها
شتاب دهنده ها از چهار جز درست شده اند. جز اول چشمه ذرات است که ذرات باردار الکتريکي توليد مي کند، چرا که بسياري از دستگاههاي شتابدهنده از ميدانهاي الکتريکي و مغناطيسي براي شتاب دادن استفاده مي کنند. چشمهها ممکن است يونهاي منفي ، الکترونها ، يا يونهاي مشابه توليد کنند. از بين يونهاي مثبت مخصوصا پروتونها و ذرات آلفا متداول مي باشد. يونها پس از توليد شدن بايد به داخل سيستم تزريق شوند. گاهي اين کار فرآيند ساده اي است که در آن يونها بوسيله الکترواستاتيکهاي ساده به داخل لوله شتابدهنده جذب مي شوند. در حالتهاي ديگر تزريق کننده خود يک شتابدهندهاي است که شتاب دهنده بزرگتري را تغذيه مي کند. طريق شتاب دادن از دستگاهي به دستگاه ديگر متفاوت است. ولي همه آنها بر اساس ميدانهاي الکترومغناطيسي براي بوجود آوردن شتاب استوار هستند. در نهايت ذرات پايدار از ماشين شتابدهنده خارج شده و به سوي هدف هدايت شوند.
● انواع شتابدهنده ها
شتاب دهنده ها از نظر اندازه و طرح بسيار متنوع هستند، از يک مولد نوترون کاک کرافت والتن گرفته که بوسيله يک فرد قابل حمل است تا شتابدهنده SSL که محيط دايره آن در حدود ۵۴ مايل مي باشد.
شتابدهندههاي کاک کرافت والتن
اين شتاب دهنده از ولتاژ مستقيم اعمال شده بين دو ترمينال براي شتاب دادن ذرات به سمت يک هدف استفاده مي کند. اين نوع شتابدهندهها اکثرا بعنوان تزريق کننده براي سيستمهاي بزرگتر شتابدهنده بکار ميروند.
شتابدهنده وان دوگراف
در اين نوع شتاب دهنده تسمه اي از جنس يک ماده غير هادي بر روي دو قرقره قرار داده شده و قرقره ها بطور پيوسته چرخانده مي شوند. در کي انتها ، يک منبع ولتاژ ، بار مثبت را به روي تسمه مي پاشد. ذرات باردار مثبت ، بوسيله تسمه به قرقره که در داخل يک گنبد فلزي ميان تهي قرار دارد، حمل مي شوند. بارهاي مثبت بوسيله نشانه اي متصل به گنبد از تسمه جدا شده و بر روي سطح کره توزيع مي گردند.
در داخل کره ميان تهي با بار مثبت يک منبع يوني وجود دارد که مي تواند يونهاي مثبت توليد کند. بارهاي مثبت همديگر را دفع مي کنند. يونهاي مثبت دفع شده در يک لوله شتابدهنده تا پتانسيل زمينه به سمت پاين شتاب داده شود. هدف در انتهاي اين لوله باريکه قرار دارد. شتاب دهندههاي وان دوگراف در کاربردهاي تجزيه اي جهت تجزيه بطريق فعال سازي با ذره باردار ، نشر اشعه ايکس حاصله از ذره ، تجزيه بطريق فعالسازي با نوترون سريع و اسپکترومتري پراکندگي برگشتي رادرفورد بکار مي روند.
شتابدهنده هاي خطي
اولين شتاب دهنده از اين نوع شتابدهنده ليناک بوده که هدف اصلي آن دادن شتابهاي کوچک زياد به ذرات ، به جاي يک شتاب بزرگ است. در اين شتابدهنده ذرات از ميان يک سري از لولههاي ميان تهي که بر روي يک خط مستقيم ترتيب يافته اند شتاب داده مي شوند. يونهاي حاصله از چشمه در اولين لوله که داراي بار مخالف است، جذب مي شوند. با رسيدن ذره به انتهاي لوله با تغيير علامت ولتاژ لوله ، ذره از اين لوله دفع شده و در لوله بعدي جذب مي گردد. تازماني که ذرات انرژي دارند اين عمل ادامه پيدا مي کند. با عبور ذره از ميان هر لوله افزايش مي يابد. اين نوع شتابدهنده در فرآيندهاي تشعشعي صنعتي ، در تحقيقات فيزيک و براي درمان طبي تشعشعي استفاده مي شود.
▪ سيکلوترونها
در اين نوع شتابدهنده ذره به جاي اينکه روي مسير مستقيمي شتاب داده شود در يک مدار مارپيچي نيم دايره اي شتاب داده مي شود. سيکلوترون داراي يک چشمه يوني است که بين دو صفحه نيم دايره ميان تهي قرار گرفته است. به اين صفحه ها «دي» گفته مي شود. ذرات بر اثر اعمال يک ميدان مغناطيسي در مسيري دايروي حرکت مي کند و با عوض شدن علامت ولتاژ صفحهها ذرات نسبت به مرحله قبلي در مسيري با شعاع بزرگتر قرار مي گيرند و انرژي بيشتري پيدا مي کنند.
سرانجام شعاع مسير مارپيچي ذرات که بايد سيکلوترون آن را در حرکت بعدي خود نگه دارد بسيار بزرگ شده و ذرات بصورت الکتريکي از داخل سيکلوترون به طرف هدف منحرف مي شود. سيکلوترونهاي ساده در حال حاضر بعنوان تزريق کننده براي سيستمهاي شتابدهنده بزرگتر بکار مي روند. همچنين از اين شتابدهندهها در مقاصد پزشکي استفاده ميشود.
▪ سنيکروترونها
در اين نوع شتابدهندهها از طريق تغيير ميدان مغناطيسي و فرکانس امکان حرکت ذرات در مدارها با شعاع ثابت به جاي مواد مارپيچي سيکلوترون فراهم مي شود. در اين شتابدهندهها به جاي «دي» ها تنها يک لوله بسته انحنادار وجود دارد که حاوي ذرات است. مغناطيسهاي به شکل C در تناوبهاي طول لوله جايگزين شده اند. ذرات بوسيله يک شتابدهنده کوچکتر به داخل حلقه تزريق شده و در داخل لوله بوسيله مغناطيسها نگهداري مي شوند. شتاب ذرات بوسيله حفرههاي شتاب دهنده انجام مي گيرد. اين شتابدهنده براي شتاب الکترونها و يونهاي مثبت بکار مي روند.

کاني کانيها ترکيبات طبيعي هستند که طي فرايندهاي زمين شناختي بوجود مي آيند. واژه کاني به ترکيباتي اطلاق مي گردد که از يک سو ترکيب شيميايي و از سوي دي ...

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation مي باشد و به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريک شدهاست.اولين ليزر جهان توسط تئود ...

فيزيک ذرات بنيادي يکي از شاخه‌هاي علم فيزيک مي‌باشد، که به بررسي اين که ماده از چه چيزي ساخته شده‌است مي‌پردازد. در اين شاخه از فيزيک به بررسي ماده در ...

شيمي فيزيک (Physical chemistry) بخشي از علم شيمي است که در آن ، از اصول و قوانين فيزيکي ، براي حل مسائل شيميايي استفاده مي‌شود. به عبارت ديگر ، هدف از ...

فيزيک پزشکي به معني کاربرد فيزيک در حرفه پزشکي است، مانند راديوگرافي ، سونوگرافي ، بينايي سنجي و غيره. چون بيوفيزيک به معني فيزيک حيات است، فيزيک پزشک ...

زمان ظهور نانوسراميک ها را مي توان دهه ۹۰ ميلادي دانست. در اين زمان بود که با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميکي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد ...

ليزر به وسيله اي گفته مي شود که نور را به صورت پرتوهاي موازي بسيار باريکي که طول موج مشخصي دارند ساطع مي کنند. اين دستگاه از ماده اي جمع کننده يا فعال ...

ليزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation مي باشد و به معناي تقويت نور توسط تشعشع تحريک شده است.اولين ليزر جهان توسط تئو ...

دانلود نسخه PDF - فيزيک شتابدهنده