Lineární urychlovač

Lineární urychlovač byl vytvořený na základě myšlenky norského inženýra Rolfa Wideroeho, který v roku 1927 sestrojil první lineární urychlovač založený na postupném urychlování nabitých častic elektrickým polem.

Dělení lineárních urychlovačů

1. Elektrostatické – podle zdroje napětí:
   1. Cockcroftův-Waltonův urychlovač
   2. Van de Graafův urychlovač
2. Vysokofrekvenční – podle typu vlny:
   1. urychlovač s postupnou (nosnou) vlnou
   2. urychlovač se stojatou vlnou

Elektrostatické lineární urychlovače

Skládají se ze zdroje vysokého napětí, z duté vakuové urychlovací trubice a z terčíku, na který dopadají urychlené částice.

Zdroj iontů uvolňuje částice do systému. Nabité částice přecházejí řadou cylindrických anebo válcovitých elektrod s postupně rostoucí délkou (aby se vykompenzovala rostoucí rychlost částic). Mezi elektrodami je postupně rostoucí vysoké napětí U. Nabitá částice s nábojem q je opakovaně urychlována elektrickým polem na energii E.

$E=q\cdot \sum U$_n

Mezery mezi elektrodami usměrňují letící částice do úzkého svazku, který dopadá na terčík a ten se stává zdrojem záření X.

Cockcroftův-Waltonův urychlovač

Důležitou složkou je násobič napětí, který zvýší získanou energii až na zhruba 4MeV.

Van de Graafův urychlovač

Přenáší náboje izolačním pásem na vysokonapěťovou elektrodu spojenou s urychlovací trubic. Energie částic se zvýší na 10 MeV.

Vysokofrekvenční lineární urychlovače

Jedná se o urychlování částic bez potřeby vysokého napětí. Zdroj emituje částice do prostoru válcovcých elektrod, které jsou připojené na střídavé elektrické napětí. K jednomu pólu vysokofrekvenčního zdroje jsou připojené sudé válce a k druhému liché válce.

Až se kladně nabitá částice dostane do prostoru první elektrody se záporným potenciálem, získá určitou energii a rychlost. Frekvence střídavého napětí musí odpovídat polaritě válce, která když se změní (kladný potenciál), posune částici do prostoru mezi válci a následně druhá elektroda, se záporným potenciálem, danou částici urychlí (dodá jí energii a rychlost).

Délka elektrod se musí zvyšovat v závislosti od rychlosti urychlované částice. K samotnému urychlování částic dochází v prostoru mezi válcovými elektrodami. Částice se vevnitř válce pohybují na základě setrvačnosti. Takto urychlené částice mohou získat energii ~100 MeV. Urychlené částice dopadají na terčík, kterým se vytváří brzdné záření s vysokou energií fotonů (3−20 MeV).

Lineární urychlovač s postupnou (nosnou) vlnou

Urychlovací trubici tvoří vlnovod, ve kterém se nacházejí kruhové clony ve středě s otvorem. Elektrony se uvolněním ze zdroje střetnou s nosnou (elektromagnetickou) vlnou, jejíž fázová rychlost je menší než rychlost světla, a dostanou se tak trvale pod vliv urychlujícího pole.

Lineární urychlovač se stojatou vlnou

Částice urychlená vysokofrekvenčním lineárním urychlovačem se na konci urychlovací dráhy odráží zpět, čím vznikne stojatá vlna s velkým silovým polem (urychluje elektrony do 10 MeV s frekvencí 100–100 000 Hz).

Odkazy

Související články

• Cyklotron
• Lineární urychlovač v lékařství