Download - CYKLOTRON
![Page 1: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/1.jpg)
![Page 2: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/2.jpg)
CYKLOTRONCyklotron służy do przyspieszania jonów (w tym wypadku od B do Ar).Urządzenie to waży 240 ton.
MAGNES GŁÓWNY
Pole wytwarzane przez magnes główny służy do zakrzywiania toru ruchu cząstek.Średnie pole magnetyczne wynosi 2 T.
REZONATOR
Przy cyklotronie pracują 2 rezonatory. Przetwarzają one napięcia wysokiej częstości z około 2 kV maksymalnie do 70 kV.
STRIPPER
Stripper jest to cienka folia węglowa. Służy do przeładowania jonów (obdarcia ich z elektronów).Zmiana ładunku jonów powoduje zmianę toru ich ruchu, umożliwiając wyprowadzenie wiązki z cyklotronu.
JONOWÓD
Jonowodem prowadzona jest wiązka z cyklotronu do układu eksperymentalnego.Do ogniskowania wiązki używa się pola magnetycznego wytwarzanego przez różnego rodzaju elektromagnesy (m.in. dipole, kwadrupole).
![Page 3: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/3.jpg)
WYKŁADZINY DUANTÓW
SEKTORYDOLINY
Wewnątrz wykładzin umieszczone są duanty, na które podawane jest napięcie (do 70kV) o wysokiej częstości (od 12 MHz do 19 MHz).Wykładziny są uziemione. W szczelinie pomiędzy brzegiem duantu a brzegiem wykładziny następuje przyspieszanie jonów.
W cyklotronie są 4 sektory i 4 doliny (2 widoczne i 2 pod wykładzinami duantów). W sektorach pole magnetyczne jest wyższe niż w dolinach. Na granicy niskiego i wysokiego pola magnetycznego tworzy się tzw. soczewka magnetyczna ogniskująca przyspieszaną wiązkę.
![Page 4: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/4.jpg)
cRF
c
hmqB
rv
qp
qmv
Br
qvBrmv
vB
BvqEqF
2
CYKLOTRON
qBmv
r
v
r FLFo
B
![Page 5: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/5.jpg)
Zasada działania
Źródło jonówRF
DuantyN
S
B
![Page 6: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/6.jpg)
2
0
2
0
0
22
2
00
11
)(
1
1
1
1
1
c
rcrv
rB
rrBmBq
c
rcrv
r
cv
mmm
c
c
c
r
BBB
CYKLOTRON IZOCHRONICZNY
![Page 7: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/7.jpg)
Średnie pole izochroniczne
EAex
6.62
4.986
4.394
MeV/A
EMeV
92.683
79.783
175.778
MeV
0 0.2 0.4 0.6 0.82
2.01
2.02
2.03
2.04
B r( )0
B r( )1
B r( )2
r
N
O
Ar
![Page 8: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/8.jpg)
Wzrost pola w funkcji promienia
B r( ) B r( ) Bc( )10000[ ]
0 0.2 0.4 0.6 0.80
50
100
150
B r( )0
B r( )1
B r( )2
r
![Page 9: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/9.jpg)
N
S
2
sin0Dee
Dee
hVeQE
![Page 10: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/10.jpg)
N
S
θ
Bθ
z, Bz vr
FT
r
Bθ
vrFT
Siła Thomasa
![Page 11: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/11.jpg)
dee 45 deg
Vacc h( ) 100sin hdee
2
h 1 Vacc h( ) 38.268 h 3 Vacc h( ) 92.388
h 2 Vacc h( ) 70.711 h 4 Vacc h( ) 100
Harmoniczne
Harmoniczna parzysta (h=2)A B
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400100
0
100
Vn
67.5 67.5 180
t n
deg
A B
![Page 12: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/12.jpg)
Harmoniczna nieparzysta (h=3)V
nV
nn 150if
Vn
n 200if
0 otherwise
A B
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400100
0
100
Vn
67.5 67.5 180
t n
deg
![Page 13: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/13.jpg)
Przekrój pionowy: źródło jonów, linia iniekcyjna i cyklotron
![Page 14: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/15.jpg)
Zasada działania źródła ECR(Electron Cyclotron Resonance )
![Page 16: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/16.jpg)
Źródło jonów typu ECR w ŚLCJ UW
1. Elektromagnesy2. Magnesy stałe3. Komora wyładowań4. Linia transmisyjna5. Transformator6. Falowód7. Diafragma8. Układ soczewek elektrostatycznych
![Page 17: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/17.jpg)
DIPOL stygmatyczny
POZIOM
![Page 18: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/18.jpg)
“OGNISKOWANIE” W CZASIE - BUNCHER
THE TWO-GAP BUNCHER
The distance between the two gaps (each of 5mm) is equal to one and a half of the path of the particle in one RF-period. The aperature was chosen of 50mm for vacuum requirements. The RF-voltage is applied to the drift-tube with amplitude Vb.
![Page 19: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/19.jpg)
A B
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400100
0
100
Vn
t n
deg
Wią
zka
jon
ów
ze
źró
dła
Funkcja Bunchera
![Page 20: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/20.jpg)
Inflektor z polem magnetycznym
0 0.005 0.01 0.0150
0.005
0.01
0.015
0.02
z t( )
zg t( )
ze t( )
y to( )
y t( )
Outlet of the grid
x to( ) 6.187 103
y to( ) 0.011
z to( ) 0.012
At matching tothe medium plane,i.e. at vz(tk)=0.
x tk( ) 5.212 103
y tk( ) 0.01
z tk( ) 0.012
![Page 21: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/21.jpg)
Straty prędkości i energii
0 20 400.6
0.8
0.707
vr t( )
t
109
0 20 400
0.5
1
0.5E t( )
Einj
t
109
![Page 22: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/22.jpg)
0
30
6090
120
150
180
210
240270
300
330
0.01
0.005
0r t( )
t( )
0 2 4 60
5
10
15
y to( ) 1000
y t( ) 1000
x to( ) 1000
x t( ) 1000
46.786deg
Zakrzywienie wiązki jonów w centrum cyklotronu
![Page 23: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/23.jpg)
Wyprowadzenie wiązki - Stripping
2
sin0Dee
Dee
hVeQE
STRIPPER
Q1 Q2>Q1
![Page 24: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/24.jpg)
Stopień jonizacji po stripperze przy niskiej energii
2 4 6 8 10 120
10
20
30
40
50
Charge after stripping
Pop
ulat
ion
in %
Fq 100
Q Z
q
Projectile: A 20 Z 10 Q 4 at EA 1 MeV/mu
![Page 25: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/25.jpg)
Stopień jonizacji po stripperze przy wyższej energii
2 4 6 8 10 120
50
100
150
Charge after stripping
Pop
ulat
ion
in %
Fq 100
Q Z
q
Projectile: A 20 Z 10 Q 4 at EA 10 MeV/mu
![Page 26: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/26.jpg)
"In the vicinity of a particle, the particle density in phase space is constant if the particles move in an external magnetic field or in a general field in which the forces donot depend upon velocity."
Emitancja, Akceptancja
W pobliżu wybranej cząstki, gęstość cząstek w przestrzeni fazowej jest stała, jeśli te cząstki poruszają się w zewnętrznym polu magnetycznym lub w innym polu, w którym siły nie zależą od prędkości.
Twierdzenie Liouville’a
![Page 27: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/27.jpg)
Przykłady emitancji
zx
dx/dzE=0Wiązka ròwnoległa
Wiązka rozbieżna (homocentryczna) E=0
z x
dx/dz
![Page 28: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/28.jpg)
zx
dx/dz
Wiązka z
baE
0E
b
a
![Page 29: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/29.jpg)
Dopasowanie
2
2
2l
2az
la
a
φ
maxEA
![Page 30: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/30.jpg)
Siła Lorentza w kwadrupolu
x
y
S
S N
N Fx
Fy
![Page 31: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/31.jpg)
Własności optyczne kwadrupola
0
0
0
0
y
yTy
y
y
x
xTx
x
x
)cosh()sinh(
)sinh(1
)cosh(
)cos()sin(
)sin(1
)cos(
klklk
klk
klTy
klklk
klk
klTx
10
1 sO Dryft (wolny odcinek)
![Page 32: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/32.jpg)
Fx
ZxZy
Fy Hy Hx
Tx k( ) F k( ) Ty k( ) D k( ) k 0.5 0.51 4.5
Fx k( )1
Tx k( )1 0
Zx k( )Tx k( )
0 0
Tx k( )1 0
Fy k( )1
Ty k( )1 0
Zy k( )Ty k( )
0 0
Ty k( )1 0
![Page 33: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/33.jpg)
Wiązka w dublecie kwadrupolowym
0 0.1 0.2 0.30
0.02
0.04
0.06
xDn
z n
0.4 0.5 0.6 0.70
0.02
0.04
0.06
xFn
z n s L
D F
z
F k z( )cos k z( )
k sin k z( )
1
ksin k z( )
cos k z( )
D k z( )cosh k z( )
k sinh k z( )
1
ksinh k z( )
cosh k z( )
s 0.1 s1 0.5 s2 0.5 L 0.3 k1 2.489 k2 3.201
O1
0
s
1
O11
0
s1
1
O21
0
s2
1
s2
XOZ
![Page 34: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/34.jpg)
FD
0 0.1 0.2 0.30
0.02
0.04
0.06
xDn
yF n
z n
0.4 0.5 0.6 0.70
0.02
0.04
0.06
xFn
yD n
z n s L
DF s2
LL ss1
z
![Page 35: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/35.jpg)
Dublet kwadrupolowy
Tx k1 k2( ) D k1( ) O F k2( ) Ty k1 k2( ) F k1( ) O D k2( )
k1 0.5 0.51 4.5 k2 3.055
Fx k1 k2( )1
Tx k1 k2( )1 0
Zx k1 k2( )Tx k1 k2( )
0 0
Tx k1 k2( )1 0
Fy k1 k2( )1
Ty k1 k2( )1 0
Zy k1 k2( )Ty k1 k2( )
0 0
Ty k1 k2( )1 0
![Page 36: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/36.jpg)
Dublet kwadrupolowy
![Page 37: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/37.jpg)
Steering
B
+
-
+-
N1=No.COS(φ)
N2=No.sin(φ)
![Page 38: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/38.jpg)
Korekcja biegu wiązki dwoma steeringami
S1 S2
![Page 39: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/39.jpg)
Diagnostyka wiązkiKubek Faradaya
V-300 V
Wiązka
I
![Page 40: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/40.jpg)
Diagnostyka wiązki Luminofor-”łapa”
TV
Wiązka
I
Scyntylator
![Page 41: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/42.jpg)
RF
![Page 43: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/43.jpg)
Koniec
![Page 44: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/44.jpg)
• Z powodu rozrzutu prędkości i wspòłrzędnych cząstek, punkty w 6-cio wymiarowej przestrzeni fazowej zajmują skończoną objętość. Ta objętość jest inwariantem w przestrzeni kanonicznie sprzężonych zmiennych.
• Dla nas ważny przypadek:
zmienne rozdzielają się w ròwnaniach ruchu I wtedy każda z podprzestrzeni
jest inwariantem, Emitancja=const, np.:
dz
dyy
dz
dxx ,,,
![Page 45: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/45.jpg)
Współczynnik emisji wtórnej
• Miedź 1.3 600 Volt
• Srebro 1.5 800
• Platyna 1.8 800
• Węgiel 0.45 500
• Aluminium 2.35 500
![Page 46: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/46.jpg)
t
V(t)
Jonowód
Sonda cylindryczna
![Page 47: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/47.jpg)
OPTYKA JONOWA
Emitancja, Akceptancja
Dopasowanie
![Page 48: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/48.jpg)
PION
![Page 49: CYKLOTRON](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062723/56813b46550346895da4281e/html5/thumbnails/49.jpg)