شتاب دهنده های خطی

یک شتاب دهنده خطی یا Linac، یک جزء شتابدهنده است که ذرات باردار الکترون، پروتون یا یونهای سنگین را در خط مستقیم شتاب می دهد. ذرات باردار از سمت چپ وارد می شوند و بوسیله میدان الکتریکی به سمت اولین لامپ الکترونی شتاب می گیرند. به محض اینکه وارد تیوب شدند از میدان الکتریک حفاظت شده و با سرعت ثابت بطرف جلو سوق داده می شوند. وقتی به فضای خالی بعدی رسیدند میدان آنها را شتاب می دهد تا به تیوب بعدی برسند.

پتانسیل حاصل از از یک مولد ولتاژ میتواند به دفعات در یک شتاب دهنده با فرآیند چند مرحله ای (وقتی کهn>1 است) مورد استفادا قرار گیرد. لذا اساس کار یک شتابدهنده خطی بر اصل فوق استوار است. شتاب دهنده خطی شامل یک لوله میان تهی است که تعدادی الکترودهای استوانه ای شکل به نام لوله های غلتک در آن قرار دارد. این شتاب دهنده به یک مولد فرکانس رادیویی(FR ( هم متصل می باشد. دستگاه مولد ولتاژ یک ولتاژ بیشینه را به الکترودها یا غلتک ها از طریق نوسان گر RF اعمال می کند که الکترودها علامت ولتاژ را در یک فرکانس ثابت بالا تغییر می دهند. این در واقع اولین شتاب دهنده خطی یا لیناک بود که در حدود سال های 1300 ه.خ یا اواخر دهه 1920 م توسط وایدروئه ساخته شد. در یک لیناک، ذرات از میان یک سری از الکترودها یا لوله های میان تهی که بر روی یک خط مستقیم ترتیب یافته اند شتاب داده می شوند. یون های حاصله از چشمه در اولین لوله که دارای بار مخالف است جذب می شوند. تا زمانی که ذرات داخل لوله غلتان باشند به دلیل یکسان بودن پتانسیل هیچگونه نیرو یا شتابی به آنها وارد نمی شود. با رسیدن ذرات به انتهای اولین لوله غلتان، دستگاهی به نام نوسانگر رادیو فرکانسی علامت ولتاژ لوله های غلتان را تغییر می دهد. به طوری که ذرات به وسیله لوله ای که از آن خارج شده اند،دفع و به وسیله لوله بعدی جذب می شوند. هنگامی که در داخل لوله دوم هستند، ذرات به طرف لوله بعدی غلتیده، علامت ولتاژ تغییر یافته و مجدداً شتاب داده می شوند. در هر مرحله ذرات شتاب داده شده بین دو لوله به اندازه qv افزایش انرژی خواهند داشت و در نهایت nqv انرژی بدست خواهند آورد. این فرآیند تا زمانی که ذرات دارای انرژی شوند، ادامه می یابد. انرژی ذرات با عبور از میان هر لوله افزایش یافته و لذا برای ثابت نگه داشتن زمان در داخل لوله ، لوله ها باید به اندازه کافی طویل باشند. از آنجا که علامت ولتاژهای لوله های غلتان باید سریعاً عوض شودلذا انرژی نهایی قابل حصول در این شتاب دهنده توسط طول سیستم محدود می گردد.

بعدها کسلر و مک میلان وسپس، آلوارز به منظور فراهم ساختن کار در انرژی های بالاتر وتوسعه کاربردهای شتاب دهنده های خطی تغییراتی در آن به وجود آوردند.

برای افزایش انرژی زیر MeV10 در مورد پروتون ها و دوترون ها مستقیماً به افزایش ذرات بستگی دارد. وقتی انرژی جنبشی از مقدار MeV20_10 فراتر رود، نسبیت اهمیت پیدا می کند، چون سرعت ذره به سرعت نور نزدیک می شود. در انرژی های بالاتر ذرات(MeV100)، افزایش نسبیت جرم بیشتر از افزایش سرعت و در انذژی های خیلی بالا حدود GeV افزایش انرژی عملاً در افزایش نسبیت جرم متجلی می شود( درGeV9/1 گیگا وات، جرم پروتون دو برابر جرم در حال سکون است).

شتاب دهنده خطی یونیلک

شتاب دهنده خطی یونیلک در مرکز دار مشتات آلمان ترکیبی از بخشی از شتاب دهنده و ایدروئه با باریکه انرژی u/MeV 4/1 و متعاقب آن شتاب دهنده آلوارزبا باریکه انرژی u/MeV 4/11و مشتمل بر 17 قطعه مرحله شتابدهنده خطی است. برای افزایش انرژی قابل حصول، یون های نیمه شتاب دار، توسط عبوراز یک گاز یا فویل نیکلی، از الکترون های خود عریان می شوند.این ماشینها برای سنتز عناصر ترانس اورانیم و عناصر خیلی سنگین از طریق بمباران هدف هایی با عدد اتمی یون های سنگین طراحی شده بودند. جریان ماگزیمم باریکه حدود?10?^12ذره در ثانیه با انرژی برابر یا کوچکتر از u/MeV20 معادل با GeV 5 برای یون های اورانیم شتاب دار می باشد.یونیلک برای تولید تعداد زیادی از عناصر ترانس آکتینیدها مورداستفاده قرار گرفته است.

بزرگترین شتاب دهنده خطی دنیا در دانشگاه استانفورد آمریکا واقع در ایالت کالیفرنیا است. در این شتاب دهنده، الکترون ها و پوزیترون ها تا به انرژی GeV20 ، برای مطالعات ذرات بنیادی و توزیع بارهای درون هسته ها و نظایر آنها، می رسند. طول لوله این شتاب دهنده ها 3000 متر . قطر آن 1/0 متر است. سرعت الکترون خیلی نزدیک به سرعت نور و جرم الکترون 40000 برابر بیشتر از جرم آن در حال سکون است ( این جرم تقریباً نزدیک به جرم اتم سدیم است )ساختمان این شتاب دهنده در سال 1983 شروع و در سال 1989 پایان یافت . شتاب دهنده های خطی اصولاً برای شتاب دادن الکترون ها به کار می روند. زیرا جرم کوچک الکترون به آن اجازه شتاب یافتن تا تقریباً سرعت نور را می دهد. با توجه به اینکه سرعت الکترون ها اساساً در انرژی جنبشی بالا ثابت است.

گردآوری: مژده اصولی