سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
سیکلوترون یک شتاب دهنده ذرات اتمی و زیر اتمی است. وقتی ذره شتاب دار می شود انرژی کسب می کند. دستگاه سیکلوترون می تواندبه ذرات باردار تا انرژیهای نسبتا بالایی شتاب دهد ، این ذرات باردار میتواند پروتون ویا دوترون باشند.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

دستگاه سیکلوترون


سیکلوترون یک شتاب دهنده ذرات اتمی و زیر اتمی است. وقتی ذره شتاب دار می شود انرژی کسب می کند. دستگاه سیکلوترون می تواندبه ذرات باردار تا انرژیهای نسبتا بالایی شتاب دهد ، این ذرات باردار میتواند پروتون ویا دوترون باشند.

دستگاه سیکلوترون

سیکلوترون یک شتاب دهنده ذرات باردار است که در سال 1929 توسط Ernesto Lawrence با کمک همکاران و دانشجویانش در دانشگاه کالیفرنیا طرحی کرد و در سال 1930 به ثمر رسید. این دستگاه از دو آهنربای مغناطیسی بزرگ و توخالی به شکل D برای تولید میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می کند. دو مغناطیس نیم دایره به شکل D با کناره های وجوه مستقیم و موازی مقابل هم با مقداری فاصله قرار می گیرند. یک ولتاژ نوسانی برای تولید میدان الکتریکی بین شکاف دو D اعمال می شود. ذرات به درون میدان مغناطیسی یکی از Dها تزریق می شوند و شتاب می گیرند تا هنگامی که به شکاف بین Dها می رسند. این ذره توسط میدان الکتریکی ناشی از ولتاژ اعمالی بالا که نوسانی است، دریافت شده و این میدان موجب شتاب بیشتر ذره می شود. سپس ذره وارد فضای بین D مقابل می شود، در داخل این D باز هم ذره شتاب بیشتری پیدا می کند و از آنجا که انرژی آن بیشتر می شود در مسیر دایره ای با شعاع بزرگ تری حرکت می کند، تا دوباره به شکاف بینD ها می رسد.

فرکانس میدان الکتریکی به گونه ای تنظیم می شود که به محض رسیدن ذره به شکاف، جهت آن عوض می شود، به صورتی که همواره ذره شتاب افزاینده پیدا کند. بنابراین ذره در حال چرخش در هر دور انرژی را هم از میدان مغناطیسی درون Dها و هم از میدان الکتریکی درون شکاف Dها کسب می کند. بنابراین سرعت آن همواره افزایش می یابد ولی همواره زمان طی کردن مسیر حرکت آن ثابت است.محدودیت انرژی ذره تنها به اندازه مغناطیس های تشکیل دهنده آن( Dها) و شدت این میدان و جرم ذره مورد شتاب بستگی دارد.

دستگاه سیکلوترون

اجزای آن عبارت است از:

نوسانگر الکتریکی (oscillator): که شامل  دو جسم دی شکل مثبت ومنفی از جنس مس است کار این نوسانگر ایجاد اختلاف پتانسیل حدود 105ولت است و جهت اختلاف پتانسیل در هر ثانیه میلیونها بار عوض خواهدشد

چشمه یونی که در مرکز سیکلوترون واقع می شود (ion source): در این مکان با بمباران هید رژن سنگین توسط ا لکترونهای پر انرژی (حدود 100الکترون ولت)یونهای مثبت(دوترونها)متولد می شوندواین یونها با عبور از سوراخ دیوار چشمه یونی وارد سیکلوترون شده ودر اثر پتانسیل بالای(105ولت) دستگاه شتاب میگیرد

اهنربای الکتریکی بسیار قوی(1.6تسلا): این اهنربا در اطراف دی ها نصب میشوند وسبب انحراف و حرکت دورانی دوترونها خواهند شد

مخزن خلا‌‌ء : که همه اجزاء را در بر میگیرد(vacuum tank) وفشار هوا را تا یک میلیونیم میلیمتر جیوه کاهش دهد.تا یونها حداقل برخورد با مولکولهای هوا را داشته باشند.

صفحه منحرف کننده

سیکلوترون یک شتاب دهنده ذرات اتمی و زیر اتمی است. وقتی ذره شتاب دار می شود انرژی کسب می کند. دستگاه سیکلوترون می تواندبه ذرات باردار تا انرژیهای نسبتا بالایی شتاب دهد ، این ذرات باردار میتواند پروتون ویا دوترون باشند

اصول فیزیک حاکم بر عمل سیکلوترون

انرژی جنبشی ذرات باردار باید حداقل چند میلیون الکترون ولت ( Mev ) باشد تا بتواند بر نیروی دافعه کولتی هسته غلبه و واکنش های هسته ای را باعث شوند. روش های مختلفی برای انجام این کار موجود است. معمولی ترین آنها ماشین سیکلوترون است که برای تولید نوکلئیدهای پرتوزا از آن استفاده می شود. در زیر به بحث فیزیک پایه این ماشین می پردازیم.

یک میدان الکتریکی که به وسیله اختلاف پتانسیل دو سر الکترودها تولید می شود ذره باردار را شتاب می دهد. میدان مغناطیسی ذره باردار را در یک مسیر دایره ای به حرکت وامی دارد. هر ذره بارداری که در میدان مغناطیسی حرکت می کند نیرویی در جهت عمود بر میدان مغناطیسی و همچنین عمود بر جهت حرکت به آن وارد می شود.

دستگاه سیکلوترون

در سیکلوترون الکترودهای D شکل میان تهی و تخلیه شده از هوا و سایر گازها، مسۆول دوران ذره با این فرکانس هستند. همچنان که ذره میان Dها می چرخد اختلاف پتانسیل میان Dها معکوس می شود و به محض خروج ذره در یک D توسط این مقیاس نوسانی دریافت و با شتاب وارد D بعدی می شود. این فرایند ادامه می یابد زیرا سرعت ذره با هر شتاب به طور یکنواخت افزایش می یابد ولی میدان مغناطیسی ثابت است. لذا مسیر حرکت ذره به جای دایره ای مسیری مارپیچ خواهد بود.

چشمه ذرات باردار می تواند یک لوله تخلیه ساده باشد که در آن یون ها توسط یک دستگاه الکترود خارج و به مرکز Dها وارد می شود. هدف یا داخل سیکلوترون قرار دارد یا یون ها پس از خارج شدن از سیکلوترون به وسیله یک مجموعه میدان الکتریکی به سوی هدف خارجی هدایت می شود.

فضای مسیر حرکت یون ها بایستی خلاء باشد و فرکانس اختلاف پتانسیل میدان Dها از مرتبه چندین MHz است. در هر سیکلوترون نوعی، شعاع Dها در حدود 40 سانتی متر است. سنگین ترین قسمت سیکلوترون آهنربای الکتریکی آن است.

دستگاه سیکلوترون

PET و سیکلوترون

سیستم تصویربرداری PET شدیداً به تولیدات رادیوایزوتوپ های با نیمه عمر کوتاه وابسته است. این رادیوایزوتوپ ها شامل F، O، N، Ga و Rb هستند. با افزایش تعداد سیستم های PET نصب شده و کاربرد آنها در سراسر دنیا، نیاز به ژنراتورهای تولید رادیوایزوتوپ مورد استفاده در PET روز به روز بیشتر می شود. اخیراً استفاده از سیکلوترون های کوچک که ماشین های یون منفی نامیده می شوند، مورد استفاده فراوانی در بیمارستان های مجهز به سیستم PET پیدا کرده اند. این ماشین ها یون های H و D را شتاب می دهند. با عبور این یون ها از ورقه های نازک کربنی بعد از شتاب دار شدن الکترون ها از آنها برهنه شده تا H+ و D+ به دست آید. تولیدات نوعی F از این سیکلوترون ها محدوده ای از 1 تا 6 کوری بر ساعت که بستگی به انرژی ذره دارد، خواهد بود.

علاوه بر سیکلوترون های کوچک برای تولید رادیوایزوتوپ های با نیمه عمر کوتاه از شتاب دهنده با انرژی کمتر نیز استفاده می شود.

 

 

فرآوری: مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان


منبع: fadak- hupaa- webphysics- aftabir

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین