Wiązka elektronów: produkcja i transport. Sławomir Wronka

Transkrypt

1 Wiązka elektronów: produkcja i transport Szkoła Fizyki Akceleratorów Medycznych, Świerk 2007

2 Ruch cząstki w polu elektrycznym 2

3 Pole elektryczne powoduje zmianę energii kinetycznej mv 2 mv02 = q U 2 2 Np. dla elektronu v= 2q v0 + U m 2 v = 593 U [ km / s ] Dla U = 25kV v [ km / s ] 3

4 Ruch elektronu w polu B=const F = q ( v B) 4

5 Elektron dostający się w obszar pola skośnie do indukcji B porusza się po torze spiralnym o promieniu r i skoku h. Pole magnetyczne nie zmienia energii kinetycznej elektronu, elektronu zmienia jedynie kierunek jego ruchu. v f ( B) 5

6 6

7 W polu elektrycznym i magnetycznym działa siła Lorentza: Pole elektryczne nadaje cząstce przyspieszenie: Energia nadana cząstce przez różnicę potencjałów U: 7

8 Kiedy ładunek porusza się w kierunku nierównoległym do kierunku wektora indukcji magnetycznej wówczas jego tor jest linią śrubową (helisą) której oś skierowana jest równolegle do kierunku wektora indukcji, a promień r wynosi: Ruch cząstki w płaszczyźnie prostopadłej do wektora indukcji jest ruchem okresowym z częstością cyklotronową niezależną od prędkości: Parametry charakteryzujące ruch okresowy: 8

9 Jak wytworzyć wiązkę elektronów? Podgrzany metal emituje elektrony pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego 9

10 Typy wyrzutni Bezpośrednio/pośrednio żarzone Dioda/trioda 10

11 Jak działa działo? Prąd elektryczny przepływa przez żarnik. Jest to ciasno zwinięta spirala z drutu wolframowego, który nie topi się w wysokich temperaturach i żarzy się. Prąd rozgrzewa wolfram do temperatury około 2500 st.c. Jest 10 razy bardziej rozgrzany niż piekarnik w piecu. W środku jest próżnia, czyli powietrza nie ma. Dzięki temu żarnik się nie przepala (w powietrzu jeżeli coś się rozgrzewa to łączy się z tlenem z powietrza i zaczyna palić) ale i tak się zużywa. Kiedy żarnik się rozgrzewa cząsteczki wolframu odpadają. Drucik robi się cieńszy i bardziej kruchy i pewnego dnia pęka. Wtedy wzywamy serwis 11

12 Emisja bezpośrednia 12

13 Emisja pośrednia 13

14 Dioda Sterowanie: Trioda Bezpośrednia Typ emisji: Pośrednia 14

15 Akcelerator co jest potrzebne? Źródło Akcelerator Wiązka Źródło cząstek naładowanych (elektrony, protony, ciężkie jony itp.) Elementy przyspieszające (także zapewnienie pola elektrycznego przekazującego cząstkom energię) Elementy transportujące (głównie magnetyczne, skupiające wiązkę i zapewniające właściwą trajektorię) Systemy towarzyszące (kształtowanie i monitorowanie wiązki, układ chłodzenia, system podtrzymywania próżni, osłony przed promieniowaniem itd.) 15

16 Budowa medycznego linac-a Źródło elektronów Układ odchylający Struktura przyspieszająca Źródło mocy w. cz. Głowica akceleratora 16

17 Pola elektryczne i magnetyczne w akceleratorze Pole elektryczne do przyspieszania = drugi wykład Pole magnetyczne do kształtowania wiązki: Solenoid Magnes odchylający Cewki ogniskujące i ustalające położenie wiązki 17

18 Solenoid Po co? 18

19 Solenoid 19

20 Magnes odchylający (90 ) o 20

21 Magnes odchylający (270o) 21

22 Magnes odchylający ( slalom ) 22

23 Magnes odchylający (270 ) o 23

24 Magnes odchylający 270o z filtrem energii 24

25 Sterowanie położeniem wiązki 25

26 Sterowanie położeniem wiązki 26

27 Optyka wiązki 27

28 Magnesy kwadrupolowe Ogniskują wiązkę w wybranym punkcie /tarcza konwersji/ 28

29 29

30 Magnesy - podsumowanie 30 A. S e r y i (S L A C ) M a y , S o k e n d a i, H a y a m a, J a p a n

31 Scanditronix MM50 Target exchanger Beam scanning magnets Purging magnet Filter revolver Wedge filter Video camera Ion chamber Multileaf collimator (MLC) Helium atmosphere 31

32 Dziękuję! 32