docI td ti tlt I td ti tlt Introduction to accelerators Wstęp do - Indico
download 
Reklamacja Transkrypt
I td ti tlt I td ti tlt Introduction to accelerators Wstęp do - Indico
I t d ti to Introduction t accelerators l t Wstęp do fizyki akcelaratorów czyli Jak to d Ja działa aa Sławomir Wronka, 21.05.2007r Akcelerator – co to takiego ? 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Akcelerator - definicja Akcelerator Ak l t tto urządzenie d i do d przyspieszania i i cząstek, w którym możemy kontrolować parametry wiązki Przyspieszanie odbywa się za pomocą pola elektrycznego Tylko cząstki niosące ładunek Do D skupienia k i i cząstek t k w wiązkę i k oraz do d nadania d i iim pożądanego kierunku używa się odpowiednio ukształtowanego w niektórych konstrukcjach także ukształtowanego, zmieniającego się w czasie, pola magnetycznego lub elektrycznego 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Domowy akcelerator: kineskop TV Elektrony są przyspieszane w próżni w kierunku dodatnio naładowanej elektrody. Pola elektromagnetyczne prowadzą p o ad ą wiązkę ą ę do e ekranu. a u W miejscach, gdzie wiązka uderza, ekran robi się jasny, budując w ten sposób obraz. 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Akceleratory – do czego ? Badania naukowe Medycyna y y Przemysł ……. 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Akceleratory – a po co ? Accelerators in the world (2002) D.Brandt, 2004 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Odkrycie promieniowania X Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) Bertha Röntgen’s Hand 8 Nov, 1895 Modern radiograph of a hand Akceleratory – jak ? Metody DC Akceleratory liniowe Akceleratory kołowe 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 19 J 1 eV = 1.602·10 1 602·10-19 keV, MeV, GeV, TeV 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Akceleratory DC Cząstka nabiera energii poruszając się pomiędzy dwoma potencjałami ΔV=V-V ΔV=V V0. • Wiązka ą p przechodzi tylko y raz • Im wyższy potencjał tym większa energia 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 1932 – pierwszy akcelerator Cockcroftk f Walton. l 400kV 200kV 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Generator Van de Graaffa 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Akceleratory liniowe wcz Metoda Wideröe źródło T1 T2 T3 T4 T5 T5 • Cząstki przyspieszane pomiędzy komorami dryfowymi • Konieczność coraz dłuższych komór • Ograniczenia: rozmiary (dla 7MHz, proton 1MeV pokonuje 2m/cykl), straty radiacyjne dla wyższych częstotliwości 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Metoda d Wideröe d 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Metoda Alvareza Zamykamy przestrzeń przyspieszania we wnęce o dobranej częstotliwości rezonansowej 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Metoda Alvareza Pierwszy akcelerator Alvareza zbudowany został w 1946r. Przyspieszał protony do energii 32 MeV, zasilany l ze źródła dł 200MHz. Używane do dziś dla ciężkich cząstek. Efektywne y p przyspieszanie y p w zakresie 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie cząstek relatywistycznych czyli elektronów relatywistycznych, v/c / 10 keV 100 keV 1 MeV 5 MeV 10 MeV 1GeV 21.05.2007 Elektron 0,195 0,548 ,9 0,941 0,996 0 999 0,999 Proton 0,0046 0,0147 0,0465 , 0,1026 0 1451 0,1451 ~11 !!! dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie elektronów Wysoka częstotliwość, ponieważ duża prędkość ! Fala a a 10cm 0c – 3000 MHz M 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie elektronów Pomysł – może wystarczy wziąć falowód ? Elektrony będą przyspieszać wraz z poruszającą się falą. f l Tak, ale jest mały problem – fala elektromagnetyczna g y og głównejj składowejj pola p E „do przodu” porusza się ZA SZYBKO w kołowych y lub p prostokątnych ą y falowodach. 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie elektronów Dyski o odpowiedniej średnicy zapewniają „zwolnienie zwolnienie” rozprzestrzeniania się fali tak tak, aby zapewnić prędkość porównywalną z prędkością cząstek (v~c) (v c) 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie elektronów Standing wave 21.05.2007 Moving wave dr Sławomir Wronka, IPJ A tak przy okazji – skąd wziąć cząstki ? p Butla z wodorem: 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Akceleratory kołowe wcz Ruch czą cząstki w polu magnetycznym 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Ruch czą cząstki w polu magnetycznym Wartość siły y Lorenza: Sił skierowana Siła ki j t prostopadle jest t dl do d wektora kt prędkości dk ś i Siła Lorenza to siła dośrodkowa 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Ładunek w polu magnetycznym Okres ruchu: Częstość kołowa: Częstość cyklotronowa niezależna od prędkości 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron /Lawrence /Lawrence, 1932/ Nagroda Nobla 1939 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron Cząstki w polu magnetycznym elektromagnesu (nabiegunniki zwane d duantami) ) Zmienne p pole wcz w szczelinie Ruch cząstki zsynchronizowany z polem przyspieszającym p y p ją y – 10-30 MHz. Relatywistyczny przyrost masy rozsynchronizowuje cały proces – limit energetyczny… 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron kl Np Protony – do 10MeV Np. NIE DO ELEKTRONÓW 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron kl izochroniczny h Cyklotron izochroniczny - akcelerator z azymutalną modulacją pola - cyklotron, skonstruowany k tak kb by czas jednego d obiegu b rozpędzanych cząstek był stały (stąd nazwa izochroniczny) h ) pomimo wzrostu masy cząstki k wywołanej efektami relatywistycznymi, które występują przy rozpędzaniu d cząstek kd do prędkości porównywalnych z prędkością światła. ł 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron kl izochroniczny h Stały czas obiegu uzyskuje się poprzez odpowiednie ukształtowanie pola magnetycznego zakrzywiającego k tor ruchu h cząstek. Wzrost pola magnetycznego na zewnątrz uzyskuje k się poprzez wykonanie k odpowiednich nacięć w rdzeniu elektromagnesu. l k 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Cyklotron kl izochroniczny h Modyfikacja taka upraszcza układ zasilania w napięcie przyspieszające, które jest generatorem o stałej ł częstotliwości. l Umożliwia l pracę ciągłą akceleratora a przez to także zwiększa k maksymalną k l energię możliwą l do d osiągnięcia oraz natężenie wiązki. 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Synchrocyklotron /fazotron/ Aby skompensować relatywistyczny wzrost masy – możemy zmienić częstotliwość RF Np. CERN, C N, 600MeV, 30.6MHz 30.6M – 16.6MHz, 6.6M , 30000 obiegów protonów, przyrost energii 20keV/obieg. / g 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Synchrotron Jeśli zsynchronizowana zostanie częstość obiegu g cząstek ą w pierścieniu p akceleracyjnym z częstością zmiany pól: elektrycznego y g i magnetycznego, g y g to proces akceleracji może odbywać się bez zmiany promienia okręgu ęg po którym y krążą ą ą cząstki. ą /Oliphant 1943/ 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Synchrotron h Na obwodzie umieszczamy: Wnęki przyspieszające RF Magnesy Urządzenia dodatkowe 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Duże akceleratory Storage rings Colliders 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Dlaczego duże akceleratory ? Każda cząstka zakrzywiana w polu magnetycznym wypromieniowuje energię – promieniowanie synchrotronowe h Moc strat ~ 1/(r 1/( 2*m04) 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Koncepcja „Luminosity” = „Świetlność” Zderzamy dwie wiązki, prawdopodobieństwo i t k ji ~ N2/A interakcji Zderzamy je f razy na sekundę Ilość oddziaływań ~ f * N2/A MIN MAX 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie cząstek 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Ogniskowanie słabe 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Ogniskowanie silne 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Magnesy kwadrupolowe 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Synchrotron Na obwodzie umieszczamy: Wnęki p przyspieszające y p j RF Magnesy zakrzywiające Elementy skupiające – magnesy kwadrupolowe Pompy Pomp próżniowe ((zła ła próżnia = pogors pogorszenie enie parametrów wiązki, fałszywe wyniki exp., spadek wydajności) Monitory wiązki 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ LHC – parametry Synchrotron – R=const Elena Wildner 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Przyspieszanie polem elektrostatycznym l kt t t Cockcroft Walton Przyspieszanie polem wcz Akcelerator liniowy Wideroe Cyclotron Lawrence Van Der Graff Synchrotron Oliphant Synchrocyclotron McMillan and Veksler Alvarez Linac Strong Focusing Courant and Snyder Podsumowanie Przyspieszamy cząstki we wnękach rezonansowych polem RF Kierunek ruchu modyfikujemy polem B Akcelerator kce e ato liniowy owy – ty tylko ko jed jedno op przejście ejśc e Akcelerator kołowy – wielokrotne przyspieszanie Zwięks anie promienia zmniejsza Zwiększanie mniejs a straty strat 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ Elena Wildner 21.05.2007 dr Sławomir Wronka, IPJ
Podobne dokumenty
Cyklotron izochroniczny - akcelerator z
Akceleratory do terapii niekonwencjonalnych
się związki boru (10B), osadzane możliwie
selektywnie w tkance nowotworowej. Następnie
napromieniowuje się pacjenta wiązką
neutronów; w wyniku reakcji z jądrami10B
powstają cząstki alfa i jony 7Li....
