Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
BioSzkolenia
Strona główna Artykuły
Dodatkowy na dole

Dodatkowy na dole

Metoda betatronowa

Pierwszy betatron czyli akcelerator kołowy do przyśpieszania elektronów został skonstruowany w USA w 1940 roku przez Donalda Williama Kerst’a [1, 2, 3].

Energia uzyskana w tym akceleratorze to jedyne 2,35 MeV, betatron zbudowany 2 lata później uzyskał energię 10 krotnie większą 20 MeV. Oba zbudowane były z pierścieniowej komory próżniowej umieszczonej pomiędzy biegunami elektromagnesu. Elektromagnes ten zasilany jest sinusoidalnym napięciem o częstotliwości sieci (źródło prądu zmiennego). Do komory wtryskiwane są wstępnie przyspieszone elektrony na tzw. orbitę stabilną, których tor jest zakrzywiany przez pole magnetyczne. Zatem elektrony poruszają się po torze w przybliżeniu kołowym. W komorze zostają tylko te elektrony które mają prędkość o takiej wartości, że promień ich obiegu jest równy promieniowi komory (rzędu kilkudziesięciu keV). W wyniku zjawiska indukcji elektromagnetycznej pole magnetyczne wzrasta. Pole to w betatronie pełni podwójną funkcję: (1) zakrzywia tor elektronów i utrzymuje ją na orbicie kołowej oraz (2) indukuje napięcie wirowe, które nadaje elektronom przyśpieszenie styczne do orbity [4].



Rys. 1 Schemat budowy betatronu [5]

Zasada działania [4, 6]

Układ elektromagnesów zasilany jest prądem wzbudzającym o natężeniu I. W czasie narastania składowej pola magnetycznego H powstaje w płaszczyźnie poziomej składowa elektryczna E o charakterze wirowym. Gdy elektrony uzyskają maksymalną energię są one kierowane na wylot lub tarczę. W czasie cyklu przyspieszania elektrony wykonują w akceleratorze setki tysięcy obiegów. Czas cyklu pracy betatronu jest uzależniony od częstotliwości sieci, dla Europy to 50Hz, zaś w warunkach amerykańskich 60Hz. Należy pamiętać, ze cykl przyśpieszania elektronu musi nastąpić przed osiągnięciem przez indukcję magnetyczna wartości maksymalnej, dlatego też betatrony zaopatrzone są w tzw. uzwojenie ekspansyjne. Cykl w warunkach europejskich trwa 5ms, przed upływem tego czasu do dodatkowego uzwojenia ekspansyjnego dostarcza się impuls prądowy trwający krócej od pełnego cyklu. Zabieg ten powoduje wzrost promienia orbity poruszającego się elektronu od orbity stabilnej elektronu, co powoduje, że zaczynają się zbliżać do ścian komory ruchem spiralnym. Ściany komory nie stanowią bariery dla elektronów wysokich energii. Szybkie wyprowadzenie elektronów poza komorę umożliwia okienka w komorze. Okienko to zbudowane jest z materiału lżejszego i o mniejszej gęstości np. foli metalowej. Maksymalne uzyskiwane energie sięgają 300 MeV.

Teoria doświadczalna [7]

Warunkiem ruchu elektronów po orbicie stabilnej jest pole magnetyczne spełniające zależność (1):
θ0=2πr02H0                                                                                                                (1)

gdzie:

θ0 - strumień pola magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię ograniczoną orbitą o promieniu r0,
r0 - promień orbity stabilnej
H0 - natężenie pola magnetycznego na promieniu r0

Aby warunek ten został spełniony stosuje się:
    a. odpowiednie ukształtowanie biegunów magnesu,
    b. materiały magnetyczne o większej przenikalności magnetycznej bliżej środka komory.

Jak w większości akceleratorów przyspieszanie elektronów do prędkości porównywalnych z prędkością światła napotyka się wówczas na problem relatywistyczego wzrostu masy przyspieszanej co sprawia, że przyspieszane cząstki wypadają z akceleratora.

Zastosowanie

Betatrony stanowiły ważny element terapii rutynowej. W szczególności w połączeniu z promieniowaniem X. Mimo, iż bardzo dobrze ogniskują one wiązkę, betatrony wycofano z produkcji w celach medycznych (niemożność uzyskiwania dużych dawek oraz utrudnione manewrowanie).

Betatrony używane są obecnie w przemyśle i w medycynie jako źródło cząstek lub źródło promieniowania, w fizyce stanowi jedynie urządzenie dydaktyczne. W fizyce jądrowej częściej stosuje się akceleratory umożliwiające uzyskanie wyższych energii cząstek przyśpieszanych np. synchrotrony.

Autor: Katarzyna Czuba


Literatura

  1. D. W. Kerst,  (1940). "Acceleration of Electrons by Magnetic Induction". Physical Review 58 (9): 841
  2. D. W.Kerst,  (1941). "The Acceleration of Electrons by Magnetic Induction". Physical Review 60: 47–53. 
  3. D., W.Kerst ; R.Serber,  (Jul 1941). "Electronic Orbits in the Induction Accelerator". Physical Review 60 (1): 53–58.  
  4. W. Scharf, Akceleratory biomedyczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994
  5. W. Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania, PWN, Warszawa 1987
  6. http://physics.illinois.edu/ 
  7. Wille, Klaus (2001). Particle Accelerator Physics: An Introduction. Oxford University Press



Tagi: betatron, akcelerator, lab, laboratorium, elektron, magnes, orbita, pole magnetyczne, indukcja magnetyczna
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje



Informacje dnia: Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc 16 % polskich internautów odczuwa lęk przed odłączeniem od Internetu Operacje robotyczne stają się światowym standardem Leczenie przeziębień ogólnie mało skuteczne Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc 16 % polskich internautów odczuwa lęk przed odłączeniem od Internetu Operacje robotyczne stają się światowym standardem Leczenie przeziębień ogólnie mało skuteczne Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc 16 % polskich internautów odczuwa lęk przed odłączeniem od Internetu Operacje robotyczne stają się światowym standardem Leczenie przeziębień ogólnie mało skuteczne

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje