Akceleratory liniowe wielkiej częstotliwości

W akceleratorach liniowych wielkiej częstotliwości (w. cz.) cząstki poruszają się po torach w przybliżeniu prostoliniowych. W zależności od rodzaju akceleratora przyrost energii cząstek następuje w polu elektrycznym w. cz., indukowanym synchronicznie z prze­biegiem cząstek w szczelinach współosiowego układu cylindrycznych elektrod, lub w polu elektrycznym fali elektromagnetycznej stojącej lub bieżącej, indukowanej w falowodzie.

Animacja działania akcelerator wysokiej częstotliwości [4]

Między krawędziami elektrod przyspieszających wytwarza się możliwie silne pola elektryczne; cząstka, która znajdzie się w przestrzeni osiowej takiego układu w odpowiedniej fazie z tym polem, ulega następnie przyspieszeniu. Pomiędzy krawędziami rezonatora wzbudzanego napięciem impulsowym o dużej częstotliwości można osiągnąć różnice potencjałów rzędu setek, a nawet tysięcy kilowoltów, a więc znacznie większe, niż wynikałoby to z wytrzymałości dielektrycznej przestrzeni międzyelektrodowej. Zjawisko powstawania tak wysokich na­prężeń tłumaczy się tym, że do rozwinięcia wyładowania konieczny jest pewien okres czasu, dłuższy od bardzo krótko trwającego działania impulsów napięciowych. Generatory wielkiej częstotliwości, zasilające tego rodzaju układy, pracują bowiem na częstotliwościach rzędu setek lub tysięcy megaherców.

Struktura falowodowa [4]

Istnieją dwa zasadnicze rodzaje rezonatorów, z których buduje się falowody liniowych akceleratorów w. cz. Są one wykonywane w postaci rur, wewnątrz których umieszcza się szereg równoległych przesłon z otworami w części środkowej; rezonatory takie są stosowane w akceleratorach do przyspieszania elektronów.

Stuktura Alvareza [3]

Drugim rodzajem jest rezonator, w którego wnętrzu umieszczone są poziome elektrody cylindryczne o zróżnicowanej długości. Struktura tego rezonatora jest znana pod nazwą struktury Alvareza i wykorzystywana do przyspieszania ciężkich jonów.

Struktury przyspieszające można podzielić na rezonatory z falą bieżącą i rezonatory z falą stojącą. Falę bieżącą uzyskuje się w falowodzie zakończonym oporem falowym. Wektor elektryczny fali bieżącej porusza się wzdłuż osi akceleratora. Gdy cząstka porusza się synchronicznie z prędkością taką samą jak prędkość fazowa rozchodzącej się fali, to podlega ona działaniu stałego przyspieszenia. Ściany falowodu zawierają system przesłon regulujących prędkość fazową fali bieżącej - bez nich prędkość fali byłaby zawsze większa od prędkości cząstki. Ważną cechą takiego akceleratora jest teoretyczny brak górnego ograniczenia energii przyspieszanych cząstek.

Struktura przyspieszająca z falą bieżącą [4]

Falę stojącą można sobie wyobrazić jako wynik nakładania się fali bezpośredniej i fali odbitej. Akcelerator z falą stojącą może być wykorzystywany zarówno do przyspieszania elektronów, jak i ciężkich jonów. Ponieważ nawet przy stosunkowo dużych energiach początkowych ciężkie jony poruszające się wzdłuż osi rezonatorów, nie zdołałyby ich przebyć w ciągu połowy okresu napięcia przyspieszającego, wobec tego niezbędne jest ekranowanie ich za pomocą cylindrycznych elektrod o zmiennej długości.

Struktura przyspieszająca Alvareza z falą stojącą, Kyoto University [2]

Źródła

  1. Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania, PWN, Warszawa 1987, strony 78-98
  2. http://wwwal.kuicr.kyoto-u.ac.jp/www/accelerator/index-e.htmlx
  3. http://iapdlpc.physik.uni-frankfurt.de/Texte/chapter3.html
  4. Sławomir Artur Wronka, Akceleratory Biomedyczne Materiały Wykładowe, 2007