Lineární urychlovače elektrostatické

LINEÁRNÍ URYCHLOVAČE
Elektrostatické urychlovače
Využití potenciálového rozdílu mezi anodou a katodou
Z definice lineární
Výbojka
Využití v elektronice
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
1 Doležal
1
Kaskádní generátor
(napěťový násobič)
Princip navrhli Greinacher (1914) a Schenkel (1919)
Nabíjení kondenzátorů + usměrňovací diody (ventily)
Maximální napětí:
• bez zátěže:
U max = 2nU 0 ( ∞)
• se zátěží a zvlněním
U max = 2nU −
2 i 3
i n(n +1)
n ±
3 fC
fC
2
(má maximum)
Dnešní dosahované hodnoty: 2-2,5 MV, 100 mA
Použití: injektor pro větší urychlovače
Výhoda: napětí je rovnoměrně rozloženo podél urychlovací dráhy
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
2 Doležal
2
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
3 Doležal
3
3. Van de Graaffův urychlovač
Princip: nekonečný pohybující se pás z izolantu
Robert Van de Graaff, 1931 Princeton
2 elektrody
Maximální napětí:
· teoreticky  ∞
· prakticky: omezující efekty - průrazné napětí
Řešení:
· vysoké tlaky
· speciální plyny (dusík, CO2, SF6)
Maximální konstruované urychlovače: 20 MV, do 1 mA
Nad 5 MV - vertikální úprava
Důležité technické podmínky
· suchá náplň (rosný bod pod -50 °C)
· elektrody vytvářející homogenní pole, vysokoohmové odpory
· kvalita trubice (velké namáhání)
· kvalita pásu
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
4 Doležal
4
Technické realizace
Pás
Pelletron
Laddertron
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
5 Doležal
5
3.1 Tandemový urychlovač
Modifikace Van de Graaffova urychlovače
Protony z iontového zdroje procházejí plynovou komůrkou, kde některé
zachytí elektrony a vytvoří H– ionty. Ty jsou vycloněny magnetickým
polem a urychleny napětím U z VdG urychlovače směrem ke kladně
nabitému terminálu. Tam projdou tenkou kovovou fólií nebo plynovou
komůrkou (stripper), kde jsou zbaveny elektronů, a jako kladné protony
jsou odpuzovány od kladného terminálu a tak získají další energii eU.
Maximální konstruované urychlovače: 40 MV, do 1 mA
Nejbližší tandem: TU Mnichov
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
6 Doležal
6
Indukční lineární urychlovače
Princip:
Transformátor
Svazek částic působí jako elektrický proud, v transformátoru se indukuje
pole, které dále urychluje částice
Parametry svazků
E ~ MeV – 50 MeV
Vysoké proudy: kA
Použití:
•
•
•
•
Radiografie
FEL
Sterilizace
Generování vysokých hustot energie (TOKAMAK)
Uvažovaný injektor pro CERN Linear Collider (CLIC)
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
7 Doležal
7
Van de Graaffův urychlovač na MFF
Typ
Výrobce
Max. napětí
Urychlované ionty
Proud svazku
Spuštěn
Aplikace
Elektrostatický Van de Graaffův urychlovač
kladných iontů HV 2500AN
High Voltage Engineering, Nizozemí
3.0 MV
protony, deuterony, částice alfa
(0.5 - 1000) mikroampérů
1986
produkce polarizovaných neutronů
testy vysokoenergetickych detektorů
testy radiační citlivosti čipů
materiálová analýza
http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/iso-8859-2/VDG/vdg.html
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
8 Doležal
8
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
9 Doležal
9
Urychlovače přednáška č. 3, Zdeněk
10 Doležal
10