Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA

2 Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp



KTHN & VLMT – K54



Thông qua sự tương tác giữa điện từ trường và hạt tích điện, chúng ta đồng

thời có thể vừa gia tốc hạt, vừa có thể điều khiển hướng chủn đợng của hạt. Đó

chính là nguyên lý chung và cơ sở của nguyên lý hoạt động trong các máy gia tốc.

Máy gia tốc Cyclotron đầu tiên do Lawrence và Livingstone xây dựng vào

năm 1931. Nó bao gồm một hình trụ rỗng bằng kim loại cắt thành hai phần theo

đường kính, mỡi phần được gọi là một duant của máy gia tốc. Các duant được đặt

gần nhau và để trong buồng kim loại chân không thường làm bằng vật liệu không

nhiễm từ. Cả buồng bao gồm các duant được đặt giữa hai cực của một nam châm

đờng nhất. Bán kính của b̀ng gia tớc và các cực của nam châm phải khác nhau và

năng lượng cuối cùng được gia tốc của hạt rất phụ thuộc vào chúng. Buồng gia tốc

được hút chân không đến áp suất 10-5 – 10-6 mmHg hoặc thấp hơn. Tại tâm của

buồng giữa các duant được đặt một nguồn ion đặc biết, các duant được nối với điện

thế hình sin tần số cao của máy phát công suất cao. Các ion được tạo thành ở tâm

buồng được gia tốc bằng điện áp và đi vào các duant rỗng. Bên trong các duant, các

ion được chuyển động với tốc độ không đổi theo quỹ đạo tròn, bởi vì chủn đợng

của chúng vng góc với từ trường, trên hình 1.1 là sơ đồ ngun lý mợt Cyclotron.



Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý của Cyclotron



Như trên hình 1.1: A và B là 2 duant; S và N biểu thị cực Nam và cực Bắc

của nam châm; mũi tên biểu thị hướng của ion được gia tốc trong Cyclotron.

Bằng cách chọn tần số phù hợp của điện trường xoay chiều trên các duant,

chúng ta có thể luôn luôn đạt được rằng khi các ion đi từ duant này sang duant khác

thì điện thế giữa các duant có dấu sao cho các ion được gia tốc. Lúc đó, cứ mỗi lần



Đinh Quang Huy



Trang 5



Đồ án tốt nghiệp



KTHN & VLMT – K54



đi từ duant này đến duant kia, năng lượng của chúng lại tăng lên và có thể đạt đến

giá trị lớn hơn nhiều so với điện thế gia tốc ở các duant.

Điều kiện cân bằng của lực ly tâm và lực hướng tâm:

(1.2)

Trong đó:



R: bán kính quỹ đạo.

v: vận tốc.

H: lực từ trường.



Từ đây, ta có biểu thức về thời gian để ion đi được một nửa vòng tròn với đợ

dài πR như sau:

T=

Biểu thức trên có nghĩa là thời gian ion đi được một nửa vòng tròn trong

Cyclotron khơng phụ tḥc vào bán kính và tốc độ của chúng. Mặt khác ta lại thấy

khi H = const, bán kính quỹ đạo tỷ lệ thuận với năng lượng của hạt. Từ đây có thể

rút ra rằng sau mỗi lần gia tốc, quỹ đạo được mở rộng và quỹ đạo chuyển động của

hạt trở thành đường xoáy ốc. Chính thực tế việc thời gian không phụ thuộc vào bán

kính tạo ra khả năng để hạt đi từ duant này sang duant kia đúng vào lúc nhận được

trường gia tốc cực đại giữa 2 duant tại một tần số lựa chọn phù hợp với điện thế gia

tốc. [2].



Đinh Quang Huy



Trang 6



Đồ án tốt nghiệp



KTHN & VLMT – K54



1.2.2 Thông số kỹ thuật

Máy gia tốc Cyclone 30 (tên riêng của máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA)

là máy gia tớc vòng có tần sớ cớ định, trường khơng đổi, gia tớc ion H - tới năng

lượng 30 MeV.



Hình 1.2: Máy gia tốc Cyclone 30 tại trung tâm



Các hệ thống quan trọng cấu thành nên máy gia tốc Cyclotron:

-



Hệ thống chân không.



-



Hệ thống nam châm.



-



Hệ thống RF (radio frequency).



-



Nguồn ion.



-



Hệ thống bơm chùm ion dọc trục.



-



Hệ thống chiết.



Đảm bảo hoạt động an toàn là vấn đề được đặt lên hàng đầu, hệ thống khóa

liên động đảm bảo giám sát chặt chẽ các điều kiện an toàn phóng xạ, an toàn điện,

các điều kiện về chân khơng, khí nén, làm mát. Với nhiều đầu ra, Cyclone 30 có thể

đáp ứng tốt cho sản xuất nhiều loại đồng vị phóng xạ SPECT và tất cả các đồng vị

cho PET, cũng như phục vụ mục đích nghiên cứu.



Đinh Quang Huy



Trang 7



Đờ án tớt nghiệp



KTHN & VLMT – K54



Các đặc tính kỹ thuật của hệ thống: [4]

 Chùm:

Ion

Năng lượng

Cường độ proton



Chiết

Gia tốc

Proton

Deuteron

Bảo đảm

Theo yêu cầu



Số cổng ra

Số chùm chiết đồng thời

Tiêu chuẩn phát của chùm chiết



Chiều ngang

Chiều dọc



H+ , D +

H -, D 18 – 30 MeV

9 – 15 MeV

350 µA

500 µA

10

2

< 10π mm.rad

< 5π mm.rad



 Tổng công suất tiêu thụ:

30 MeV không sử dụng đường chùm

30 MeV sử dụng 1 đường chùm

30 MeV sử dụng đồng thời 2 đường chùm



80 – 100 kW

90 – 125 kW

110 – 140 kW



 Cấu trúc nam châm:

Số sector

Góc sector

Bhill

Bvalley

Công suất một chiều ở các cuộn

Khối lượng sắt

Khối lượng đồng



4

540 – 580

1.7 T

0.12 T

7.2 kW

45 tấn

4 tấn



 Hệ thống RF:

Số máng D nối với nhau ở trung tâm

Góc của máng D

Chế độ Harmonic

Tần số (không đổi)

Điện thế máng D

Công suất RF bị tiêu hao



Đinh Quang Huy



Trên D

Gia tốc chùm



2

300

4

~ 65.5 MHz

50 kV

5.5 kW

15 kW



Trang 8



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×