Chiziqli zarracha tezlatgichi

Vikipediya, ochiq ensiklopediya
Avstraliya Sinxrotronidagi linak linakning boshida bir qator RF bo'shliqlaridan radio to'lqinlaridan foydalanadi va elektron nurni 100 energiyagacha tezlashtiradi. MeV.

Chiziqli zarracha tezlatgichi (ko'pincha linac deb qisqartiriladi) zaryadlangan subatomik zarralar yoki ionlarni chiziqli nur chizig'i bo'ylab bir qator tebranuvchi elektr potentsiallariga ta'sir qilish orqali yuqori tezlikka tezlashtiradigan zarracha tezlatgichining bir turi. Bunday mashinalar uchun printsiplar 1924 yilda Gustav Ising tomonidan taklif qilingan [1], birinchi ishlaydigan mashina esa 1928 yilda [2] RWTH Aachen universitetida Rolf Widerøe tomonidan qurilgan. [3][4] Linaclar ko'plab qo'llanmalarga ega: ular radiatsiya terapiyasida tibbiy maqsadlar uchun rentgen nurlari va yuqori energiyali elektronlarni hosil qiladi, yuqori energiyali tezlatgichlar uchun zarrachalar injektori bo'lib xizmat qiladi va yorug'lik zarralari (elektronlar va pozitronlar) uchun eng yuqori kinetik energiyaga erishish uchun bevosita ishlatiladi. zarrachalar fizikasi .Tezlatkichlar (yadro fizikasi da) — elektr maydoni yordamida yuqori energiyali zaryadlangan zarralar (elektronlar, protonlar, atom yadrolari va boshqalar) olish uchun moʻljallangan qurilmalar. Zarralar qurilmaning vakuum kamerasida harakatlanadi; ularning harakati (trayektoriyasi shakli)ni magnit maydoni (baʼzan, elektr maydoni) bilan boshkarib turiladi. Zarralarning trayektoriyasiga kura, T. siklik va chiziqli, tezlatuvchi elektr maydoni xarakteriga koʻra, rezonans va norezonans turlarga boʻlinadi (norezonans T.ning induksion va yuqori voltli xillari bor). Siklik T. jumlasiga elektronlar T.i (betatron, mikrotron, sinxrotron) va ogʻir zarralar (protonlar va boshqalar) T.i (sinxrofazotron, fazotron, siklotron) kiradi. Betatrondan boshqa barcha siklik T. rezonans T.

Linakaning dizayni tezlashtirilgan zarrachaning turiga bog'liq: elektronlar, protonlar yoki ionlar . Linakalarning o'lchamlari katod nurli trubadan (bu linyakning bir turi) 3.2-kilometr-long (2.0 mi) gacha. Kaliforniya, Menlo Parkdagi SLAC milliy tezlatgich laboratoriyasida linac.

Tarix[tahrir | manbasini tahrirlash]

Wideroe linac tushunchasi. RF manbasidan kuchlanish zarrachani bo'shliqlar orasidagi himoya qiluvchi bir qator quvurlarga ulanadi.
Alvarez turi linac

1924 yilda Gustav Ising bir qator tezlashtiruvchi bo'shliqlardan foydalangan holda chiziqli zarracha tezlatgichining birinchi tavsifini nashr etdi. Zarrachalar bir qator naychalar bo'ylab harakatlanar edi. Muntazam chastotada har bir bo'shliqda tezlashtiruvchi kuchlanish qo'llaniladi. Zarrachalar tezlikni oshirib, chastota doimiy bo'lib qolganda, bo'shliqlar har bir bo'shliqqa yetib borishi bilan zarracha kuchlanish qo'llanilishini ta'minlash uchun bir-biridan uzoqroq va uzoqroq masofada joylashgan bo'lar edi. Ising hech qachon ushbu dizaynni muvaffaqiyatli amalga oshirmagan. [5]T. hozirgi zamon fizikasining asosiy qurilmalaridan biri. Yuqori energiyali zarralar dastasidan elementar zarralarning tabiati va xossalarini tadqiq qilishda, atom yadrosi va qatgiq jism fizikasida, defektoskopiyada, bemorlarni nur bilan davolash va boshqa sohalarda foydalaniladi.

Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida ingliz tilidan tarjima qilindi

Rolf Wideroe 1927 yilda Isingning qog'ozini topdi va o'zining doktorlik dissertatsiyasining bir qismi sifatida 88 dyuymli uzunlikdagi, ikkita bo'shliqli qurilmani yaratdi. Ising kuchlanish manbai sifatida uchqun bo'shlig'ini taklif qilgan joyda, Wideroe 25 kV vakuumli trubkali osilatordan foydalangan. U natriy va kaliy ionlarini 50 ming elektron volt (50 keV) energiyaga tezlashtirganini muvaffaqiyatli ko'rsatdi, bu trubka orqali faqat bir marta tezlashtirilganda ular oladigan energiyadan ikki baravar ko'p. Bir xil kuchlanish manbasidan foydalanib, zarrachani bir necha marta muvaffaqiyatli tezlashtirish orqali Wideroe radiochastota tezlashuvining foydali ekanligini ko'rsatdi. [6]

Ushbu turdagi linac o'sha paytda mavjud bo'lgan kuchlanish manbalari bilan cheklangan edi va faqat Ikkinchi Jahon urushidan keyin Luis Alvares birinchi rezonansli kavitali drift trubkasini loyihalash uchun yangi ishlab chiqilgan yuqori chastotali osilatorlardan foydalanishga muvaffaq bo'ldi. Alvarez linac Wideroe turidan farq qiladi, chunki RF quvvati zarracha harakatlanadigan butun rezonans kamerasiga qo'llaniladi va markaziy quvurlar faqat osilator fazasining sekinlashuvchi qismida zarrachalarni himoya qilish uchun ishlatiladi. Tezlashtirish uchun ushbu yondashuvdan foydalanish Alvaresning birinchi linak 1947 yilda 31,5 MeV proton energiyasiga erisha olganligini anglatadi, bu o'sha paytda erishilgan eng yuqori ko'rsatkichdir. [7]

1947 yilda, Alvares protonlar bo'yicha o'zining linyak kontseptsiyasini ishlab chiqish bilan bir vaqtda, Uilyam Xansen Stenford universitetida birinchi harakatlanuvchi to'lqinli elektron tezlatgichni qurdi. [8] Elektronlar protonlardan etarlicha engilroq bo'lib, ular tezlanish jarayonining boshida yorug'lik tezligiga yaqin tezlikka erishadilar. Natijada, "tezlashtiruvchi" elektronlar energiyani oshiradi, lekin tezlatgichni loyihalash nuqtai nazaridan doimiy tezlikka ega deb hisoblash mumkin. Bu Xansenga bir qator disklar bilan yuklangan gorizontal to'lqin yo'riqnomasidan tashkil topgan tezlashtiruvchi strukturadan foydalanishga imkon berdi. 1947 yilgi tezlatkich 6 MeV energiyaga ega edi. Vaqt o'tishi bilan SLAC Milliy tezlatkich laboratoriyasida elektron tezlashuvi 2 milya (3.2 km) o'lchamga cho'ziladi. va chiqish energiyasi 50 GeV. [9]

Chiziqli tezlatgichlar yuqori nurli oqimlar bilan ishlab chiqilganligi sababli, proton va og'ir ion nurlarini fokuslash uchun magnit maydonlardan foydalanish tezlatgichning dastlabki bosqichlarida qiyinchiliklar tug'dirdi. Magnit kuch zarracha tezligiga bog'liq bo'lganligi sababli, bir vaqtning o'zida past va o'rta energiyali hadronlarni tezlashtiradigan va fokuslashi mumkin bo'lgan tezlatgich turini yaratish maqsadga muvofiq edi. [10] 1970-yilda sovet fiziklari I.M.Kapchinskiy va Vladimir Teplyakov tezlashtiruvchi strukturaning radiochastotali kvadrupol (RFQ) turini taklif qilishdi. RFQ murakkab elektr maydonlarini ishlab chiqarish uchun rezonansli bo'shliqda aniq mo'ljallangan shakllarga ega qanotlar yoki rodlardan foydalanadi. Bu maydonlar bir vaqtning o'zida tezlashtirish va in'ektsiya qilingan zarracha nurlariga fokuslashni ta'minlaydi. [11]

1960-yillardan boshlab Stenford va boshqa mamlakatlardagi olimlar zarrachalarni tezlashtirish uchun oʻta oʻtkazuvchan radiochastota boʻshliqlaridan foydalanishni oʻrganishga kirishdilar. [12] Niobiy qotishmalaridan yasalgan o'ta o'tkazuvchan bo'shliqlar yanada samarali tezlashtirishga imkon berdi, chunki kirish quvvatining sezilarli darajada yuqori qismini issiqlik uchun yo'qotish o'rniga nurga qo'llash mumkin edi. Eng qadimgi o'ta o'tkazuvchan linaklar qatoriga Stenforddagi Supero'tkazuvchi chiziqli tezlatgich (elektronlar uchun) [13] va Argonna Milliy Laboratoriyasidagi Argon tandem chiziqli tezlatgich tizimi (protonlar va og'ir ionlar uchun) kiradi. [14]

Ishlashning asosiy tamoyillari[tahrir | manbasini tahrirlash]

Chiziqli tezlatgich qanday ishlashini ko'rsatadigan animatsiya. Ushbu misolda tezlashtirilgan zarralar (qizil nuqtalar) musbat zaryadga ega deb hisoblanadi. Grafik V (x) har bir vaqtning har bir nuqtasida tezlatgichning o'qi bo'ylab elektr potensialini ko'rsatadi. Zarracha har bir elektroddan o'tganda RF kuchlanishining polaritesi teskari bo'ladi, shuning uchun zarracha har bir bo'shliqni kesib o'tganda elektr maydoni (E, o'qlar) uni tezlashtirish uchun to'g'ri yo'nalishga ega. Animatsiyada bitta zarrachaning har bir tsiklda tezlashishi ko'rsatilgan; haqiqiy linaklarda ko'p miqdordagi zarrachalar AOK qilinadi va har bir tsiklda tezlashadi. Harakat juda sekinlashgani ko'rsatilgan.

Zaryadlangan zarracha elektromagnit maydonga qo'yilganda, u Lorentz kuch qonuni tomonidan berilgan kuchni boshdan kechiradi:

(SI birliklarida) bu erda zarrachaning zaryadidir, elektr maydoni, zarracha tezligi, va magnit maydon hisoblanadi. Magnit maydon atamasidagi o'zaro mahsulot zarracha tezlashishi uchun statik magnit maydonlardan foydalanish mumkin emasligini anglatadi, chunki magnit kuch zarrachalar harakati yo'nalishiga perpendikulyar ravishda ta'sir qiladi. [15]

Elektrostatik buzilish elektr maydonini hosil qilish uchun bo'shliq bo'ylab qo'llanilishi mumkin bo'lgan maksimal doimiy kuchlanishni cheklaganligi sababli, ko'pchilik tezlatgichlar radiochastota (RF) tezlashuvining ba'zi shakllaridan foydalanadilar. RF tezlashuvida zarracha har bir mintaqani kesib o'tganda tezlashuvchi maydonni ko'radigan tarzda kuchlanish manbai tomonidan boshqariladigan bir qator tezlashuvchi hududlarni kesib o'tadi. Tezlanishning bu turida zarralar osilator siklining elektr maydoni mo'ljallangan tezlanish yo'nalishini ko'rsatgan qismiga mos keladigan "to'plamlar" bo'ylab harakatlanishi kerak. [16]

Agar bitta tebranish kuchlanish manbai bir qator bo'shliqlarni haydash uchun ishlatilsa, zarracha tezligi oshgani sayin, bu bo'shliqlar bir-biridan tobora uzoqroq joylashtirilishi kerak. Bu zarrachaning har bir bo'shliqqa yetib borishi bilan osilator siklining bir xil fazasini "ko'rishini" ta'minlash uchun kerak. Zarrachalar yorug'lik tezligiga asimptotik yaqinlashganda, bo'shliqni ajratish doimiy bo'ladi - qo'llaniladigan qo'shimcha kuch zarrachalarning energiyasini oshiradi, lekin ularning tezligini sezilarli darajada o'zgartirmaydi. [15]

Fokuslash[tahrir | manbasini tahrirlash]

Zarrachalar tezlatkichdan qochib ketmasligi uchun markaziy traektoriyadan uzoqlashayotgan zarrachalarni mo'ljallangan yo'lga qayta yo'naltirish uchun qandaydir fokuslashni ta'minlash kerak. Kuchli fokuslanishning kashf etilishi bilan to'rt kutupli magnitlar mos yozuvlar yo'lidan uzoqlashayotgan zarralarni faol ravishda yo'naltirish uchun ishlatiladi. To'rt kutupli magnitlar bir ko'ndalang yo'nalishda va perpendikulyar yo'nalishda fokuslanayotganligi sababli, har ikki yo'nalishda ham umumiy fokuslash effektini ta'minlash uchun magnit guruhlarini ishlatish kerak. [15]

Faza barqarorligi[tahrir | manbasini tahrirlash]

Faza barqarorligi deb ham ataladigan sayohat yo'nalishi bo'ylab diqqatni jamlash RF tezlashishiga xos xususiyatdir. Agar to'plamdagi zarrachalarning barchasi tebranish maydonining ko'tarilish bosqichida tezlashadigan hududga etib borsa, u holda erta kelgan zarralar to'daning markazidagi "mos yozuvlar" zarrachasiga qaraganda bir oz kamroq kuchlanishni ko'radi. Shunday qilib, bu zarralar biroz kamroq tezlanish oladi va oxir-oqibat mos yozuvlar zarrasidan orqada qoladi. Shunga mos ravishda, mos yozuvlar zarrasidan keyin kelgan zarralar bir oz ko'proq tezlanish oladi va natijada mos yozuvlar ni yetib oladi. Ushbu avtomatik tuzatish har bir tezlashtirilgan bo'shliqda sodir bo'ladi, shuning uchun to'plam har safar tezlashtirilganda harakat yo'nalishi bo'ylab qayta yo'naltiriladi. [16]

Qurilish va foydalanish[tahrir | manbasini tahrirlash]

Avstraliya sinxrotronining linakasini o'rab turgan to'rt kutupli magnitlar elektron nurni fokuslashga yordam berish uchun ishlatiladi.
  1. ↑ G. Ising (1924). "Prinzip einer Methode zur Herstellung von Kanalstrahlen hoher Voltzahl". Arkiv för Matematik, Astronomi och Fysik 18 (30): 1–4. 
  2. ↑ Widerøe, R. (17 December 1928). "Über Ein Neues Prinzip Zur Herstellung Hoher Spannungen". Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik 21 (4): 387–406. doi:10.1007/BF01656341. 
  3. ↑ Bryant, P J (1994). "A brief history and review of accelerators". 5th General Accelerator Physics Course. CERN Accelerator School. doi:10.5170/CERN-1994-001.1. 
  4. ↑ Mangan, Michelangelo „Particle accelerators and the progress of particle physics“,. Challenges and goals for accelerators in the XXI century Brüning: . Hackensack, New Jersey: World Scientific, 2016 — 33 bet. DOI:10.1142/8635. ISBN 978-981-4436-39-7. 
  5. ↑ Heilbron, J.L.. Lawrence and His Laboratory: A History of the Lawrence Berkeley Laboratory, Volume I. Berkeley, CA: University of California Press, 1989. 2022-yil 2-fevralda qaraldi. 
  6. ↑ Conte, Mario. An introduction to the physics of particle accelerators, 2nd, Hackensack, N.J.: World Scientific, 2008. ISBN 9789812779601. 
  7. ↑ „Alvarez proton linear accelerator“. Smithsonian Institution. Qaraldi: 2022-yil 3-fevral.
  8. ↑ "Early Accelerator Work at Stanford". SLAC Beam Line: 2–16. April 1983. Archived from the original on 2022-11-18. https://web.archive.org/web/20221118231922/http://atlas.physics.arizona.edu/~shupe/Physics_Courses/Phys_586_S2015_S2016_S2017/Readings_MS/SLAC_Early_History.pdf. Qaraldi: 2023-06-10. Chiziqli zarracha tezlatgichi]]
  9. ↑ Neal, R. B. „Chap. 5“,. The Stanford Two-Mile Accelerator. New York, New York: W.A. Benjamin, Inc, 1968 — 59 bet. 
  10. ↑ Stokes, Richard H.; Wangler, Thomas P. (1988). "Radiofrequency Quadrupole Accelerators and their Applications". Annual Review of Nuclear and Particle Science 38 (38): 97–118. doi:10.1146/annurev.ns.38.120188.000525. https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.ns.38.120188.000525. Qaraldi: 3 February 2022. Chiziqli zarracha tezlatgichi]]
  11. ↑ Reiser, Martin. Theory and design of charged particle beams, 2nd, Weinheim: Wiley-VCH, 2008 — 6 bet. ISBN 9783527407415. 
  12. ↑ Padamsee, Hasan (April 14, 2020). "History of gradient advances in SRF". arXiv:2004.06720 [physics.acc-ph]. 
  13. ↑ Westfall, Catherine (April 1997). The Prehistory of Jefferson Lab's SRF Accelerating Cavities, 1962 to 1985 (Report). Thomas Jefferson National Accelerator Facility. JLAB-PHY-97-35. https://misportal.jlab.org/ul/publications/view_pub.cfm?pub_id=11132. 
  14. ↑ Ostroumov, Peter; Gerigk, Frank (January 2013). "Superconducting Hadron Linacs". Reviews of Accelerator Science and Technology 06: 171–196. doi:10.1142/S1793626813300089. 
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 Conte, Mario. An introduction to the physics of particle accelerators, 2nd, Hackensack, N.J.: World Scientific, 2008 — 1 bet. ISBN 9789812779601. 
  16. ↑ 16,0 16,1 Edwards, D. A.. An introduction to the physics of high energy accelerators. New York: Wiley, 1993. ISBN 9780471551638.  
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Chiziqli_zarracha_tezlatgichi&oldid=3918761" dan olindi