V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
Rezonanční dutiny počátku urychlovacího systému mají kratší délku vzdálenosti mezi
sebou, další prodlužují tak, aby fázová rychlost elektrického pole shodovala narůstající rychlostí částice. Urychlovací vlnovodný systém tvořen několika speciálně
tvarovanými kovovými (měděnými) rezonančními dutinami, řazenými sebou. Elektrony jsou pulzních dávkách
do urychlovacího systému vstřikovány elektronové trysky ("děla") energiíí cca 30-50keV, protony iontového zdroje
s energií podstatně vyšší.5 vpravo, dosažení synchronizace musí délka válcových elektrod postupně zvyšovat,
jak narůstá rychlost částic.1.v.5.
Kruhové urychlovače
Velmi efektivním způsobem, jak urychlit nabité částice vysoké energie, jejich
mnohonásobné urychlení elektrickém poli, kam jsou částice opakovaně vraceny kruhové
dráze působením magnetického pole.
*) Jak vidět obr. Pokud se
v poli této nosné vlny urychlovaná nabitá částice pohybuje synchronizovaně, částici působí
stálá urychlující síla daná elektrickou složkou elektromagnetické vlny.
Velké vysokofrekvenční lineární urychlovače nosnou vlnou používají pro energie desítky
GeV.Uo.E, ale Lorentzova síla q.2008 12:13:46]
. Používají buď jako samostatné základní přístroje, nebo mohou sloužit předurychlení částic -
jako injektory pro velké synchrotrony (viz níže, obr.Uo rychlost =
√(2qUo/m), takže délku uvnitř válce proletí čas l1/v1.5 Elementární částice
kdy první válcová elektroda záporný potenciál -Uo, pak získá energii q. částici nábojem zde aplikována nejen
elektrická urychlující síla q. Pulzní režim iontového zdroje (resp.cz/JadRadFyzika5.
*) Aby vysokofrekvenčním poli částici působila stálá urychlující elektrická síla, musí vlnovodného
urychlovacího systému vstoupit vhodné fázi rychlostí blízkou fázové rychlosti vlny musí být splněna
synchronizační podmínka.6 "Radioterapie" (kde postupně
vytlačily dříve používané betatrony), především jako zdroj tvrdého brzdného záření gama energiích
cca 5-40MeV.5 vpravo, avšak místo válcových elektrod větší počet rezonančních dutin a
místo vodičů přivádějících střídavé napětí vede počáteční části trubice vlnovod magnetronu nebo klystronu. Částice urychlení se
do urychlovacího systému dutinových rezonátorů vlnovodů vstřikují iontového zdroje (či
elektronové trysky případě elektronů) formě "shluků" pulzním režimu, přesné
elektronické synchronizaci urychlujícím vysokofrekvenčním polem.
Vývoj těchto urychlovačů postupoval tak, frekvence zvyšovala, přičemž místo válcových
elektrod používají dutinové rezonátory.1. Novější lineární urychlovače užívají pro vytvoření
urychlujícího pole vlnovodu, rozděleného vhodnými diskovými výběžky řadu rezonančních dutin
a napájeného frekvencí několika GHz (nejčastěji kolem 3GHz) klystronového nebo
magnetronového generátoru (stručně popsaných níže). Malé lineární urychlovače
elektronů jsou nyní velmi často používány radioterapii viz §3. Je-li vhodných
místech této kruhové dráhy synchronně aplikováno elektrické urychlující pole tečném směru),
budou částice periodicky urychlovány při každém svém oběhu. vlnovodu vytváří vysokofrekvenční
střídavé elektromagnetické pole formě postupné nebo stojaté elektromagnetické vlny.c/(q.5. již energii 2.RNDr.Uo, t.
http://astronuklfyzika. elektronové tryska) vysokofrekvenčního generátoru
je řízen elektronickým obvodem osazeným speciálními výkonovými spínacími součástkami buď speciální
elektronka thyratron nebo polovodičový tyristor.5.j.htm (34 43) [15. 1.1. Je-li synchronizace mezi frekvencí napětím délkami elektrod volena tak, aby se
vždy během průchodu mezi jednotlivými válcovými elektrodami obrátila polarita střídavého
napětí, budou tyto "synchronní" částice při průchodu každou elektrodou znovu znovu urychlovat.[v působící magnetickém poli
intenzity kolmo směru pohybu nabité částice rychlostí Tato magnetická síla způsobuje, že
nabitá částice bude pohybovat kruhové dráze poloměru m.
q.6 vpravo nahoře). Vojtěch Ullmann: Jaderná radiační fyzika.
Stojí též zmínku, vlastnímu elektrickému urychlení částice dochází mezerách mezi elektrodami, zatímco
uvnitř kovového válce, kde gradient elektrického pole blízký nule (elektrické pole odstíněno), prolétají
částice setrvačností (to platí elektrostatického urychlovače levé části obrázku). Je-li frekvence střídavého napětí
volena tak, aby urychlená částice vstoupila mezery mezi válci čase, kdy polarita obrátí
a válec kladný záporný potenciál, částice znovu urychlena energii q.B). Celý
systém trochu podobný obr. Toto již neplatí při dosažení rychlosti blízké rychlosti světla, kdy při urychlování již
rychlost částice prakticky nezvyšuje; kinetickou energií roste jen relativistická hmotnost částice.10
