اَبا اِباد

A quadrupole magnet at the US Fermilab Particle Physics Laboratory

اساس عملکرد شتاب‌دهنده ی خطی ذرات

طبق قوانین ماکسول، یک میدان الکتریکی متغیر، موجب القای یک میدان مغناطیسی شده و همچنین، یک میدان مغناطیسی متغیر، یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند.

با توجه به استفاده از میدان الکتریکی متغیر درون شتاب‌دهنده‌ی ذرات، یک میدان الکتریکی نیز ایجاد می‌شود. (طبق قانون لورنتز) نیرویی که میدان الکتریکی به ذره‌ی باردار وارد می‌کند، هم‌راستا با جهت حرکت ذره است. اما نیرویی که میدان مغناطیسی به ذره‌ی باردار وارد می‌کند، عمود بر جهت حرکت ذره است‌. پس با ایجاد میدان مغناطیسی (در اثر میدان الکتریکی متغیر) در شتاب‌دهنده، ذرات از مسیر خود منحرف می‌شوند. برای جلوگیری از انحراف ذرات درون شتاب‌دهنده‌ در LINAC4، از آهنرباهای چهارقطبی Quadrupole Magnets استفاده می‌شود.

آهنربای چهارقطبی از چهار آهنربا که عمود بر هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است.

در واقع این آهنرباها، با پرتوی ذرات همان کاری را می‌کنند که یک عدسی با پرتوی نور می‌کند. به همین علت، این پدیده، strong focusing نامیده می‌شود. گفتیم که نیروی وارد شده از طرف میدان مغناطیسی بر ذرات، در راستی عمود بر جهت حرکت ذرات است. تصور کنید که یک ذره به سمت شما حرکت می‌کند.

حال راستای عمود بر حرکت ذرات کدام جهت است؟ بالا به پایین یا چپ به راست؟

(از آنجایی که میدان مغناطیسی ایجاد شده متغیر است) در هر دو راستا به پرتو ذرات نیرو وارد می‌شود. پس بایستی در هر دو راستا، این نیرو خنثی شود‌. به همین منظور از دو نوع آهنربای چهارقطبی متوالی (و البته با فاصله) استفاده می‌شود. اگر پرتو ذرات را به شکل یک مکعب مستطیل در نظر بگیریم، آهنربای اول عرض و آهنربای دوم، ارتفاع آن را کنترل می‌کند.

 

نصویر: یک آهنربای چهارقطبی در آزمایشگاه فیزیک ذرات Fermilab ایالات متحده

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *