شتاب دهنده ی خطی

یک شتاب دهنده خطی یا Linac، یک جزء شتابدهنده است که ذرات باردار الکترون، پروتون یا یونهای سنگین را در خط مستقیم شتاب می دهد.

ذرات باردار از سمت چپ وارد می شوند و بوسیله میدان الکتریکی به سمت اولین لامپ الکترونی شتاب می گیرند.به محض اینکه وارد تیوب شدند از میدان الکتریک حفاظت شده و با سرعت ثابت بطرف جلو سوق داده می شوند. وقتی به فضای خالی بعدی رسیدند میدان آنها را شتاب می دهد تا به تیوب بعدی برسند. این کار ادامه پیدا می کند و ذرات در هر   Gap  انرژی بیشتر و بیشتری جمع می کنند تا اینکه از سمت راست از شتاب دهنده خارج شوند.

وجود تیوبها در مسیر لازم است زیرا یک میدان متناوب استفاده می شود و بدون این تیوبها میدان ممکن است متناوباً شتاب بگیرد و باعث تاخیر در حرکت ذرات شود. تیوبها ذرات را در طول زمانی که میدان ممکن است کم باشد محافظت می کند.

Linac یک پرتابگر الکترومغناطیسی است که الکترونها را از حرکت ثابت و همیشگی شان به سرعت نسبیتی، سرعتی نزدیک به سرعت نور، می رساند.

طول linac تقریباً m 5/2 است که برای رساندن سرعت هر جفت الکترون از صفر به تقریباً 300000 کیلومتر در ثانیه فاصله خیلی زیادی نیست.
قسمتهای اصلی Linac شامل موارد زیر است:

** تفنگ الکترونی

** buncher یا همنواگر

** خود Linac

هر قسمتی در شتاب دادن الکترونها وظیفه خاص خود را دارد:

تفنگ الکترونی

تفنگ الکترونی جایی است که الکترونها شتاب اولیه شان را شروع می کنند. الکترونها از مولکولهای موجود در یک صفحه آلومین باریم یا مواد تابش کننده الکترون مثل تریوم به خارج پرتاب می شوند این همان کاتد تفنگ الکترونی است. کاتد سطحی است که بار الکترونی منفی دارد. در تفنگ الکترونی Linac این بار بوسیله گرم کردن کاتد ایجاد می شود. آلومین باریم ماده ای است که در اثر گرما الکترون تابش می کند بدین معنی که وقتی گرم می شود الکترونها از اتمهای آن جدا می شوند.

دریچه یا gate مثل یک کلید است و شامل یک صفحه غربال مسی یا گرید و یک آند ( قطب مثبت ) است. آند سطحی است با بار الکتریکی مثبت. هر 500 میلیونیم ثانیه به دریچه یک بار مثبت قوی داده می شود که باعث می شودبخشی از الکترونها از کاتد به سمت گیت فرار کنند. همینکه این الکترونها به دریچه رسیدند،  با یک نیروی قوی بوسیله آند اصلی جذب می شوند و از میان دریچه عبور می کنند.

چون دریچه با سرعتی حدود 500 میلیون بار در ثانیه (  M Hz 500 ) ضربان می کند، الکترونها در یک دسته باز وگشاد به آند می رسند با فاصله یک میلیونیم در ثانیه. آند یک شکل شتابدهنده  (doughnut ) برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دارد که الکترونها را از میان سوراخها به سمت قسمت بعدی شتابدهنده که buncher نام دارد هدایت می کند.

 
همنواگر یا buncher

هدف buncher  شتاب دادن به الکترونهای پرتاب شده از تفنگ الکترونی و متراکم کردن آنها بصورت دسته و مجموعه متراکم است برای این هدف buncher تشعشعات microwave قوی را از klystron دریافت میکند. Microwaves الکترونها را درست بصورتی که امواج اقیانوس یک تخته موج سواری را شتاب می دهند، به حرکت سریع وادار می کنند.

الکترونها با توجه به فاصله ای که از قله موج دارند انرژی مختلف دریافت می کنند هر چه به قله نزدیکتر باشند انرژی و شتاب بیشتری می گیرند موج دست راست کوه یکسانی از الکترونها را در ثانیه دوم نشان می دهد. در جلوی موج دو الکترون سریعتر تقریباً با الکترون آهسته و کند گرفتار شده اند. گویا آنها از شتابدهنده عبور نمی کنند زیرا آنها در پایین موج قرار دارند وبنابراین شتاب کمی دریافت می کنند.

تنها، الکترونهای بالاتر در سمت عقب موج شتاب کافی را برای جفت شدن با سرعت موج می گیرند و در وضعیت یکسانی همانند وقتی که در موج دست چپ بود قرار دارد. این نماینده آخرین الکترون دردسته است الکترون پایین تر در عقب موج انرژی بسیار کمی را برای اینکه در دسته بماند دریافت کرده است و در نهایت جفتهای پایین در موج دست راست را تشکیل میدهد عاقبت الامر آن به دسته الکترونی که موج بعدی را تشکیل می دهد سقوط می کند.

LINAC

خود Linac تنها یک بسط دهنده همنواگر جعبه ای ورودی است. این قسمت موجهای قوی RF را برای ادامه کار شتابدهی و متراکم کردن الکترونها دریافت می کند. الکترونها از همنواگر جعبه ای ورودی با سرعتی حدود C 6/0 یعنی 60% سرعت نور نزدیک می شوند.       


منبع: تبیان