Akcelerator elektrostatyczny
Akcelerator elektrostatyczny, znany również jako akcelerator van de Graaffa, jest liniowym urządzeniem służącym do generowania strumienia jonów o energiach kinetycznych rzędu kilku megaelektronowoltów (MeV). Działa na zasadzie przyspieszania naładowanych cząstek w silnym polu elektrostatycznym, które wytwarzane jest przez generator Van de Graaffa.
Zasada działania
W akceleratorze zastosowane są następujące elementy:
- Izolacyjny pas transportowy, który jest napięty między walcami.
- Źródło napięcia, które ładowane jest przez ostrze.
- Generacja dodatnich i ujemnych jonów w wyniku działania silnego pola elektrycznego.
- Transport ładunków ku górze do elektrod zbiorczych.
Podczas przyspieszania jony zyskują energię zgodnie z równaniem:
,
gdzie Q to ładunek na elektrodzie, a C to jej pojemność względem ziemi.
Akcelerator ciśnieniowy
Aby zwiększyć napięcie i zredukować upływ ładunku, akcelerator umieszcza się w szczelnej komorze wypełnionej gazem pod ciśnieniem kilkunastu atmosfer. Dzięki temu osiągane są maksymalne energie rzędu 10 MeV.
Akcelerator tandemowy
Akcelerator tandemowy podwaja energię cząstek poprzez zmianę znaku ładunku jonów w trakcie przyspieszania. Jony dodatnie są przyspieszane, a następnie przekształcają się w jony ujemne, co pozwala na ich ponowne przyspieszenie w akceleratorze. Zaletą tego systemu jest to, że zarówno źródło, jak i cel jonów znajdują się na potencjale ziemi, co ułatwia manipulację przed przyspieszeniem.
Zastosowanie
Akceleratory van de Graaffa znajdują zastosowanie w badaniach fizyki jądrowej niskich energii dzięki swoim cechom, takim jak:
- Możliwość przyspieszania cząstek o różnych stosunkach e/m.
- Duża jednorodność energii cząstek.
- Łatwość regulacji napięcia przyspieszającego.
- Niskie tło radiacyjne.
- Automatyczna stabilizacja energii i natężenia cząstek.
- Prostota konstrukcji i niskie koszty eksploatacyjne.
Z tych powodów akceleratory te są popularne w instytutach badawczych, w tym w Polsce, gdzie działają w kilku lokalizacjach.
