Acceleratorul liniar rezonant.

în cele 10 lecții de fizică nucleară

și vom discuta despre acceleratoare

de particule și în particular despre

acceleratorul liniar acela turul

de particule este o instalație

în care particule încărcate electric

precum electroni protoni sau nucleele

pot fi accelerate la viteze foarte

mari apropiate de viteza luminii

folosind câmpuri electromagnetice

am văzut așa o aplicație practică

a acestei idei și anume accelerarea

particulelor folosind câmpuri electromagnetice

în cazul rectorului de fuziune

tocana același proces fizic de

bază este folosit în acceleratoarele

de particule primul tip de acela

taur de acela toare de particule

despre care vorbim este actorul

liniar rezonat în următoarea lecții

ore urmând să vorbim despre alte

tipuri acceleratorul liniară zone

unde are electrozi cilindrici coaxiali

conectați la aceeași sursă de curent

alternativ în felul următor cei

par la Obor nu a sursei și cei

impar la cealaltă fac ce vrea altceva

rea făcând dusei între electrozi

această schemă arată principiul

de funcționare dintre Ce instalație

este mai complicată dar principiul

de funcționare este schematizat

în acest desen avem o sursă de

curent alternativ a cărei borne

sunt legate în felul următor una

din ele la electrozii pari 2 4

și așa mai departe cealaltă la

electrozii impari 135 și așa mai

departe ce se întâmplă easter motorul

lucru să zicem Spre exemplu ca

aceasta este borna pozitivă și

aceasta este borna negativă atunci

capetele electrozilor vor fi polarizate

în felul următor nici primul electrozi

va avea va fi încărcat pozitiv

al doilea negativ al treilea pozitiv

al patrulea negativ al cincilea

pozitiv și așa mai departe Deci

în interiorul electrodului câmpul

unui electron câmpul electromagnetic

este uniform nu are loc nicio accelerare

dar odată ce faci ciclul de particule

încărcate intră în spațiul dintre

electrozi avem o diferență de potențial

și în principiu o diferență mare

de potențial Și de ce va avea loc

accelerare a particulelor În acest

spațiu dintre electrozi în cazul

particular acestuia discul deconecta

sursa folosim în sursa de curent

alternativ folosim o sursă ce emite

Ion Sau particule pozitive încărcat

de pozitive și el le vor fi accelerate

în între electrozi în particular

când o particulă în cur pozitiv

va ieși primul din primul electrod

ia va fi respinsă de capătul primului

Electro de capătul din dreapta

și atrasă de capătul din stânga

al celui de al doilea electronici

va fi accelerat cu această stea

roșie am simbolizat sursa particulelor

încărcate ce urmează să fie accelerate

conceptul este inițial în în turnător

rezonant este cel de sincronism

care spune următorul lucru cât

timpul în care particula străbate

un electrod trebuie să fie egal

cu o sanie perioadă a tensiunii

astfel încât la ieșirea din Electro

tensiunea să fie întotdeauna egală

cu Plus cu pui am respect pentru

o sarcină pozitivă respectiv minus

lui m pentru o sarcină negativ

Deci ideea de bază este următoarea

tensiunea este alternativă și tensiunea

în Da lungul lungimii acceleratorului

bineînțeles va avea o formă de

genul acesta și atunci Da este

foarte simplu Vrem ca în momentul

în care o particulă intră spațiul

în spațiul de accelerare zona în

care avem o diferență de potențial

între un electrod pozitiv și unul

negativ și momentul în care ea

este din unul din acest electrozi

să întâlnească maxim maxim al tensiunii

Deci Vrem ca particula să iasă

în maxim al tensiunii și nu o stare

intermediară Sau în cel mai rău

caz posibil ar fi ca particula

să iasă din primul Electro Spre

exemplu întru sunt un punct în

care tensiunea alternativă are

o mini adică trece prin zero în

cazul acela accelerarea variații

energiei cinetice ar fi foarte

e mică pentru că tensiunea pentru

că particula prinde o zonă în jurul

zerului tensiunii și de cinste

accelerată nesemnificativ Pentru

o particulă pozitivă vrem să ieșim

întru în plus um un dm este tensiunea

maximă Deci să fim în această zonă

dacă particula are sarcina negativă

Vrem ca la ieșirea din electrod

intern electrod Ia să se potrivească

cu o zona tensiunii unde e tensiunea

este minus u m aceasta este condiția

de sincronism și are foarte multe

sanse pur și simplu potrivim formă

geometrică a electrozilor cu geometria

pensiuni alternative în așa fel

încât să obținem o accelerare maxim

posibil Deci tensiunea bineînțeles

are forma aceasta om sinus de omega-3

unde Omega pulsația curentul alternativ

care poate fi scrisă ca 2pi împărțit

la această potrivire înseamnă potrivirea

între lungimea sau timpul de străbatere

Electro cu semi perioada tensiunii

pentru că un astfel de loc are

loc între o semi perioada dacă

îndeplini condiția de sincronism

atuncea variației energiei cinetice

în spațiu dintre doi electrozi

consecutiv și n plus unu este următoare

Deci variația energiei cinetice

este lucrul mecanic depus de către

curentul tensiunea curentului alternativ

pentru a mișca sarcina q de sinergie

cinetică a la intrare în electrodul

n plus 1 minus energia cinetică

la ieșirea din electrodul an Deci

variației energiei cinetice între

doi electrozi consecutivă a fi

q ori um din nou aceasta Dacă sarcina

simte tensiunea maximă Deci ne

aflăm În condiția de sincronizăm

asta înseamnă că energia cinetică

n plus 1 este egal cu energia cinetică

n picioarele să scriu aici energia

cinetică electrodul în plus 1 este

egal cu energia cinetică în electrodul

n plus q ori u m Dar putem Rescrie

această ecuație și anume energia

cinetică an va fi egală cu energia

cinetică A minus 1 plus scriam

deci putem scrie în continuare

că aceasta este egal cu energia

cinetică n minus 1 plus q m q m

plus q u m adică energia cinetică

Electro 2n plus 1 este energia

cinetică netul n minus 1 plus 2

q cu m și deja aveți iterația va

rezultat că energie cinetică în

electrodul n plus unu este egală

cu energia cinetică în primul electrod

n egal cu 1 plus de n ori q u m

se aranjează dispozitivul experimental

astfel încât energia cinetică la

intrarea în primul rând să fie

tot q u m de să avem o prea accelerare

între sursă și primul electrod

egal cu q m de unde rezultă o ecuație

foarte simplă a energiei cinetice

în electrodul an al accelerator

și anume energie cinetică în electrodul

an va fi de n ori q sarcină particule

accelerate înmulțită cu valoarea

maximă a tensiunii de accelerare

din nou și asta în condițiile în

care sincronismul este acceleratorului

liniar este realizat după cum vedeți

în acest desen am desenat electrozii

cu lungimi crescând veți vedea

imediat De ce din condiția de sincronism

Dacă lungimea rect roților trebuie

să varieze după o lege bine stabilită

după o ecuație bine stabilit aceasta

deoarece condiția de sincronism

implică după cum am spus că particula

parcurge fiecare electorat în exact

O semi perioada cea stă înseamnă

că lungimea electrodului nu poate

să fie o oarecare și va fi dată

de următoarea ecuație Deci lungime

electrodului an va fi prin definiție

viteza particulei în electrodul

and Care este o constantă pentru

că în interiorul electrodului nu

are loc nici o accelerare înmulțită

cu timpul de parcurgere a electronului

electrodului an dar după cum am

spus din condiția de sincronizez

alta ca acest timp de parcurgere

al unui electrod trebuie să fie

egal cu o semi perioadă a curentului

alternativ Pe de altă parte după

cum am spus energia cinetică în

electrodul n adică unul pe 2 m

v n la pătrat este egală cu n q

m combinând Cele Două ecuații mai

exact înlocuind valoarea sau ecuația

vitezei vn din această ecuație

în prima ecuație obținem ecuația

pentru lungimea electrodului n

Deci lungime electrodului an trebuie

să fie egală cu T înmulțit perioada

curentului alternativ înmulțită

cu radical din q cu m u m este

valoarea maximă a curentului alternativ

împărțită la 2 m unde m este masa

particule înmulțită cu radical

din n unde m din 900 numărul electrodul

de aici rezultă câteva condiții

esențiale pentru funcționarea corectă

a și optimă a am acceleratorul

In primul rând rezultă că lungimea

electrodului an trebuie să crească

cu o constantă înmulțit cu radical

din a spus că creșterea lungimii

electrozilor de asemeni bineînțeles

dorim să obținem energie cinetică

maximă energia cinetică este proporțională

cu valoarea maximă a curentului

alternativ folosit în concluzie

vrem să creștem um cât mai mult

posibil valoarea maximă a curentului

alternativ pentru că asta ne va

da accelerare maximă cu Câtul e

îmi este mai mare cu atât energie

cinetică la la capătul la acceleratorul

este maximă ceea ce este scopul

final al accelerator Dar bineînțeles

uit în această ecuație aceasta

are un cost important și anume

creșterea lui um creștere crește

lungimile tuturor electrozilor

deci lungimea acceleratorului va

crește foarte foarte mult putem

compensa în schimb Folosind un

curent alternativ cu frecvență

foarte mare pentru că te perioada

după cum știm este egal cu 1 supra

frecvență Deci dacă creștem simultan

frecvența curentului alternativ

și tensiunea maximă a acestui curent

alternativ atunci putem crește

energia cinetică fără a crește

sau implicând o creștere mai mică

a lungimii electrozilor Deci pentru

a scris licit lungimea electrodului

an va fi proporțională cu radical

din m împărțit la deci putem crește

om păstrând acesta Factor constant

și atunci nu trebuie să creștem

exagerat de mult lungime accelerator

oricum acceleratoarele liniare

la folosite în acest moment care

bineînțeles doresc să atingă energii

foarte mari relativiste ale particulelor

accelerate devin foarte lungi de

ordinul kilometrilor cel mai mare

accelerator liniar existente la

ora actuală se numește Îți plac

e un acronim stea în for linear

accelerator este acceleratorul

operat de către Universitatea stea

în flori din California și el are

o lungime aproximativ egală cu

3 km Deci un accelerator foarte

lung cu foarte mulți electrozi

un avantaj Pe de altă parte al

acestui tip de accelerare și anume

liniară comparată cu accelerație

sculară pe care o face lecția viitoare

este Cârnu tractori a particular

încărcate în timpul accelerării

aceasta înseamnă că nu reduc Din

contră înseamnă că reduc pierderea

de energie prin radiații electromagnetice

ce vreau să spun cu asta după cum

bine știm orice particulă accelerată

orice particulă încărcată cu sarcină

electrică accelerată radiază energie

acum bineînțeles particular noastră

este accelerată pentru că vrem

să o accelerăm dar pe lângă accelerarea

proprie în magnitudine în actorul

liniar nu avem și o altă sursă

de accelerare pe când întruna la

taur circular pe lângă accelerarea

în sine adică creșterea modulului

vitezei în timp avem și o accelerare

datorită faptului că traiectoria

este curbată în concluzie pentru

aceeași viteză finală a unei particule

accelerate întruna c lator liniar

compara cu narator circular în

acela torul circular radiem mai

multă energie Deci pierde mai multe

energie întruna accelerator circular

în special pentru particule ca

electronul particule cu masa mic

cu masa o particulă cu masa mică

pierdem foarte multă energie datorită

faptului că traiectoriei este curbilinie

veci accelerator liniar are acest

important avantaj există o serie

întreagă de aplicații ale acolo

liniare primul este în cercetare

ele sunt folosite în fizica particulelor

și în fizică nucleară pentru a

studia proprietățile nucleelor

și particular de acțiune rază nuclee

și particule Se ciocnesc între

ele și în felul acesta se produc

reacții nucleare la energii foarte

mare la Energy foarte mari car

meet studierea structurii particulelor

Și nucleelor o aplicație practică

una din aplicație practice și cea

mai importantă este În medicină

se folosește la tratarea tumorilor

prin expunere la fascicule ionice

sau protonice intense după cum

se vede în acest în această imagine

Deci aceasta este un accelerator

liniar care produce un fascicul

foarte bine colimat de energie

mare care este direcționat către

om o tumoră și în felul acesta

tumora Este distrusă