KURZUS: Bevezetés a nukleáris technikába

MODUL: IV. modul: Hasadásos és fúziós energia termelés. Részecskegyorsítók

12. lecke: Részecskegyorsító berendezések

| Feldolgozandó:
Elektrosztatikus gyorsítók (Sükösd 11.1.: 251-259. old.) A betatron (Sükösd 11.2.: 260. old.) Rezonanciagyorsítók (Sükösd 11.3., 261-273. old.)
Tanulási célok:
A lecke anyagának feldolgozása után ismerni fogja:
az elektrosztatikus részecskegyorsítók fajtáit és azok működési elvét. a betatron működési elvét. a lineáris és a zárt pályás rezonanciagyorsítók működési elvét.
A lecke anyagának rövid összefoglalása
A gyorsítókban általában elektromos terek segítségével töltött részecskék nyalábjait nagy energiára gyorsítanak fel. Kivételnek tekinthetők a betatronok, mivel ott más módon történik a gyorsítás. A gyorsítókat csoportosíthatjuk a pálya alakja (lineáris vagy zárt pályás) és a gyorsítási mód (elektrosztatikus vagy rezonancia) szerint is. A gyorsítók közös sajátossága, hogy a részecske nyalábot a gyorsítócsőben légüres térben vezetik.
Ha egy q töltéssel rendelkező részecske U potenciálkülönbséget fut be, akkor a mozgási energiája qU-val változik. Az elektrosztatikus gyorsítók lényegében csak abban különböznek egymástól, hogy milyen módon állítják elő a részecskék gyorsításához szükséges U nagyfeszültséget. A Cockroft-Walton féle részecskegyorsítóban a nagyfeszültséget egy kondenzátorokból és egyenirányító diódákból felépített lánc (kaszkád) állítja elő. A neutrongenerátor a kaszkádgenerátor speciális fajtája, amellyel gyors neutronokat állítanak elő. Napjainkban a neutrongenerátorok legszélesebb alkalmazási köre az aktivációs analízis. Az elektrosztatikus részecskegyorsítók másik fajtájában Van de Graaff generátorral állítják elő a nagyfeszültséget. A Van de Graaff generátorok feszültségének felső határa ma 10 millió volt körül van. A Van de Graaff gyorsító továbbfejlesztett változata a tandem Van de Graaff gyorsító.
A betatront indukciós gyorsítónak is nevezik, hiszen benne időben változó mágneses mező által keltett elektromos mező gyorsítja az elektronokat.
A rezonanciagyorsítókban ugyanazt a nem túl nagy gyorsító feszültséget többször is felhasználjuk ugyanannak a részecskének a gyorsítására. Mivel ennél a módszernél valamilyen fizikai folyamat által pontosan meghatározott időközönként kell alkalmazni a gyorsító feszültséget, a módszert rezonancia módszernek nevezik.
A lineáris rezonancia gyorsítókban több, egymás utáni, henger alakú gyorsító elektróda van. A gyorsítás az elektródák közötti térrészben történik. Az elérhető energiát a gyorsítócső hossza és a nagyfrekvenciás rendszer teljesítmény igénye korlátozza.
A zárt pályás gyorsítók olyan berendezések, amelyekben a részecskéket körpályára kényszerítik a pályájukra merőleges mágneses mező segítségével. A ciklotronban elért maximális energiát a ciklotron sugara és az alkalmazott mágneses indukció határozza meg. Bizonyos részecske energia felett már nem lesz elhanyagolható a relativisztikus tömegnövekedés, a részecskék körülfutási ideje megnő, ezért kiesnek a szinkronból és már nem gyorsulnak tovább. Erre a problémára jelent megoldást, ha a gyorsító frekvenciát a tömeg növekedésével szinkronban csökkentik. A relativisztikus ciklotronokban a mágneses mezőt sugárirányban kifelé folyamatosan növelik olyan módon, hogy az m/B hányados állandó maradjon.

| Ellenőrző kérdések
1. Melyik fajta gyorsítóban állítják elő a nagyfeszültséget egy kondenzátorokból és egyenirányító diódákból felépített lánc segítségével?
| a) a Cockroft-Walton féle részecskegyorsítóban.
| b) a Van de Graaff gyorsítóban.
| c) a tandem Van de Graaff gyorsítóban.
| d) a Van de Graaff gyorsítóban és a tandem Van de Graaff gyorsítóban.
2. Milyen fajta gyorsító a betatron?
| a) lineáris rezonanciagyorsító.
| b) zárt pályás rezonanciagyorsító.
| c) zárt pályás elektrosztatikus gyorsító.
| d) ciklikus indukciós gyorsító.
3. Milyen ionokat gyorsítanak a tandem Van de Graaff generátorokban?
| a) pozitív ionokat.
| b) negatív ionokat.
| c) a gyorsítási folyamat elején negatív töltésűek a részecskék, amelyek félúton áttöltődnek pozitív töltésűvé.
| d) a gyorsítási folyamat elején pozitív töltésűek a részecskék, amelyek félúton áttöltődnek negatív töltésűvé.
4. Mitől gyorsulnak a részecskék a ciklotronban?
| a) a részecskék pályájára merőleges állandó mágneses tértől.
| b) a duánsok között kialakult elektromos erőtértől.
| c) a részecskék pályájára merőleges változó mágneses tértől
| d) a duánsok között kialakult mágneses erőtértől.