Pelletron

Pelletron jest rodzajem akceleratora elektrostatycznego podobnym do akceleratora Van de Graaffa. Napięcia przyspieszające wiązki cząstek wynoszą od 500kV do ponad 25MV. Napięcie uzyskiwane jest poprzez mechaniczny transport ładunku. Pas transportowy zbudowany jest łańcucha mały metalowych elementów połączonych materiałem izolacyjnym. Całość, razem z elektrodami zamknięta jest wewnątrz zbiornika ciśnieniowego wypełnionego SF6. Pelletrony służą do przyspieszanie wielu rodzajów cząstek, w tym protonów, elektronów, jonów dodatnich i ujemnych.

Zasada działania

Łańcuch ładujący zastosowany w pelletronie pochodzi z 60. XX wieku i jest ulepszeniem rozwiania pasa ładującego w akceleratorach Van de Graaffa. Pasy te sprawiały wiele problemów: nie zapewniały stabilności napięcia, były podatne na zniszczenie przez iskry, wytwarzały pył osadzający się wewnątrz zbiornika akceleratora. Zastosowanie łańcucha pozwoliło na rozwiązanie tych problemów. Okazał się też bardziej wytrzymały mechanicznie.

Zasada działania pelletronu [2]

Łańcuch w Pelletronie wykonany jest z metalowych walców (oczka łańcucha) połączonych izolującymi elementami z nylonu i jest ładowany indukcyjnie. W przypadku elektrody dodatniej (inductor electrode), ujemnie pole elektryczne „wypycha” elektrony z walców łańcuch, które poprzez koło napędowe (driver pulley) odpływają do ziemi. Ponieważ oczka znajdują się w polu elektrycznym gdy opuszczają koło napędowe pozostaje na nich ładunek dodatni. Łańcuch transportuje ten ładunek do elektrody wysokonapięciowej akceleratora. Tam następuje proces odwrotny. Łańcuch przechodzi przez ujemnie naładowaną elektrodę (suppressor electrode), co zapobiega wyładowaniu łukowemu, gdy łańcuch styka się z kołem odbiorczym (terminal pulley). Po przejściu przez elektrodę oczka łańcucha oddają swój ładunek, powodując wzrost ładunku dodatniego zgromadzonego na elektrodzie wysokonapięciowej. Większość pelletronów poza tak zwanym „ładowaniem w górę” posiada też układ „ładowania w dół”, który działa bardzo podobnie, zamienione są tylko ładunki polaryzujące elektrody. Pozwala to na dwukrotne zwiększenie pojemności ładującej łańcucha. Ładunki potrzebne do wytworzenia pola elektrycznego na elektrodach (suppressor i inductor) w części wysokonapięciowej pochodzą z małych częściowo przewodzących kół (pickoff pulleys), które zbierają niewielką cześć ładunku z łańcucha. Taki sposób polaryzacji pozwala na zastosowanie techniki „ładowania w dół” bez konieczności stosowania oddzielnych zasilaczy w pobliżu elektrody wysokonapięciowej. W zależności od potrzeb taki układ z podwójnym ładowaniem może dostarczać prąd rzędu 100-200uA.

Łańcuch ładujący pelletronu [2]

Zalety rozwiązania z łańcuchem:

Zastosowania pelletronu

Pelletron w Oak Ridge National Laboratory-HRIBFM [1]

Źródła

  1. http://www.pelletron.com/pellet.htm
  2. http://www.pelletron.com/charging.htm