Зайцев_0ДМ61. национальный исследовательский томский политехнический университет
 Скачать 141.43 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Отчет Циклотрон по дисциплине «Основы плазменных и радиационных технологий»
«____»_____________2017 г. (дата проверки) Томск 2017 История ускорительной техники После открытия Резерфорда и появлении нового понятия атома, началось активное создание устройств для придания энергии частицам и их последующем изучении. Первым ускорителем можно назвать ускоритель Ван де Граафа. Данный ускоритель накапливает заряд и потом полученное напряжение используется для ускорения частиц. Это ускоритель прямого типа и его возможности ограничиваются невозможность накопить большой заряд. С развитием технологий появились циклические ускорители, напряжение для ускорения частиц в таких ускорителях небольшие. Принцип действия циклотрона В циклотроне тяжёлые ускоряемые частицы инжектируются в камеру вблизи её центра. После этого они движутся внутри полости двух чуть раздвинутых дуантов, помещённых в вакуумную камеру между полюсами сильного электромагнита (рис.1).  Рисунок 1 – Схема принципа действия циклотрона. Однородное магнитное поле этого электромагнита искривляет траекторию частиц. Ускорение движущихся частиц происходит в тот момент, когда они оказываются в зазоре между дуантами. В этом месте на них действует электрическое поле, создаваемое электрическим генератором высокой частоты, которая совпадает с частотой обращения частиц внутри циклотрона (циклотронной частотой). Частота обращения частиц:  Релятивистский фактор:  Радиус траектории частиц:  Энергия частиц:  Таким образом в зазор между дуантами частицы попадают всегда через один и тот же момент времени. Получая каждый раз при этом некоторое приращение скорости, они продолжают своё движение дальше по окружности всё большего радиуса, и траектория их движения образует плоскую раскручивающуюся спираль. На последнем витке этой спирали включается дополнительно отклоняющее поле, и пучок ускоренных частиц выводится наружу. Поскольку задающее орбиту пучка магнитное поле неизменно, и ускоряющее высокочастотное электрическое поле в процессе ускорения частиц также не меняет параметров, циклотрон может работать в непрерывном режиме: все витки спирали заполнены частицами пучка ионов. Фокусировка пучка В горизонтальной плоскости частицы автоматически фокусируются в однородном магнитном поле. В вертикальном направлении фокусировка происходит за счёт неоднородности электрического поля в ускоряющем зазоре (принцип автофокусировки). Схема циклотронного ускорителя Принципиальная схема ускорителя представлена на рисунке 2. Питание ускорителя происходит от высокочастотного источника питания мощностью 200 кВт. Питание к дуантам подвялиться с помощью волноводов, так как область работы находится в СВЧ диапазоне. В данной области частот, передавать энергию с помощью кабелей неэффективно из-за скин-эффекта (вытеснения тока на поверхность) и потерь энергии вследствие излучения энергии в окружающее пространство (  ). Поэтому для передачи энергии использую металлические трубы любого профиля (обычно круглые и полые, но также могут быть заполнены диэлектриком). Рисунок 2 – Схема циклотрона. Волноводы подключены к реактивному сопротивлению для устранения ненужных «шумов» от источника питания. Общий объем вакуумной камеры и трубопроводов составляет 3м3. Рабочее давление 10-6Па. Такое давление обеспечивается 3 форвакуумными насосами и множеством диффузионных насосов (пару больших откачиваю саму рабочую камеру, множество остальных находиться на разных линиях). Данный ускоритель производит ускорение множества различных частиц, подаваемых в камеру с помощью ионного источника (в источник подается различный газ, который ионизуется с помощью полого, охлаждаемого водой катода). После ускорения дуантами частицы на выходе могут откланяться попадают в область отдельного электромагнита, который управляет пучком направляя его в различные каналы, в зависимости от последующего применения ускоренных частиц. Применение
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||