بخشی از مقاله
1 مقدمه
پوزیترون ذرهاي با جرم الکترون و باري مخالف بـار الکتـرون است که در اثر برخورد با الکترون ممکـن اسـت نـابود شـده و دو فوتون تولیـد شـود. پـوزیترون کاربردهـاي فراوانـی در صـنعت و پزشکی دارد که میتـوان بـه عکـسبـرداري بوسـیلهي پـوزیترون
(PET) و یا طیفسنجی پـوزیترون کـه در مطالعـهي ویژگـیهـاي سطوح مواد مختلف، ساختار الکترونی و بلوري آنها و به ویژه در مطالعهي نانوذرات اشاره کرد. در ایـن مقالـه گزارشـی از طراحـی اولیه و شبیه سازي یک سیستم انتقال پوزیترون با کابرد در طیـف-
سنجی پوزیترونی به روش دوپلـري کـه قـرار اسـت بـا همکـاري
دانشگاه تهران و دانشگاه سیستان و بلوچسـتان سـاخته شـود ارئـه میگردد.
سیستمهاي انتقال پوزیترون مورد استفاده در طیف سنجی پوزیترون را برحسب شیوهي انتقال به الکتراستاتیکی [1] و یا مغناطیسی [2] (دو شیوهي مستقیم [3] وخم ([4] دستهبندي می-
کنند. شیوهي الکترواستاتیکی در سالهاي اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است [5]، اما براي ما کاربردي ندارد زیرا بیشتر براي بررسی زاویهي پرکندگی استفاده می شود.[6] در اینجا گزارشی از شبیهسازي یک سیستم انتقال مغناطیسی خم که سادهترین روش انتقال پوزیترون میباشد، توسط نرمافزار [7] CST ارائه میشود. از مزایاي مهم شیوهي خم این است که ادوات کنترل باریکه در خارج
160
از خلاء قرار دارند. درضمن باریکه خروجی آن براي هدف ما
مناسب است.
.2 مبانی نظري سیستم انتقال مغناطیسی خم
سیملولهي مغناطیسی یک راه ساده براي انتقال پوزیترون از کندکننده به ناحیه هدف است. لازم به ذکر است که هدف نسبت به چشمه باید محافظت شود تا پرتوهاي پرانرژي مستقیماً از چشمه به آن برخورد نکنند. براي این منظور میتوان از یک سیملوله چند تکه استفاده نمود که حالت خمیده دارد. در این روش انتقال دو مورد مهم وجود دارد که باید در حین طراحی سیستم لحاظ گردد: الف) همسانی میدانهاي محوري، ب)
جلوگیري از رانشهاي عرضی بزرگ، در طول مسیر انتقال محوري که پوزیترون حول آن مسیر حرکت سیکلوترونی دارد. مورد الف با عنایت به قید
قابل اعمال است .[8] در اینجا B، میدان مغناطیسـی اسـت و θ بـه صورت
تعریـف میشود که در آن v وνll که به ترتیب مولفـه عمـودي و موازي سرعت در هدایت راستاي میدان مغناطیسـی هسـتند. چـون افزایش میدان مغناطیسی منجـر بـه افـزایش زاویـهي θ مـیگـردد، افزایش میدان بیش از حد میتواند سبب بازتاب کامل ذرات شـود کـه قطعـاً مطلـوب نیسـت. ایـن درحالیسـت کـه افـزایش میـدان مغناطیسی میتواند در فشرده سازي قطر باریکه ( قطـر باریکـه بـا جذر اندازهي میدان بطور معکوس متناسب اسـت)، مـورد اسـتفاده قرار گیرد کـه بسـیار مطلـوب اسـت. صـرفنظر از شـعاع حرکـت ســیکلوترونی پــوزیترون، تحــت شــرایط آدیاباتیــک (و همچنــین تغییــرات آرام میــدان در یــک چرخــهي حرکــت ســیکلوترونی)،
پوزیترون به خطوط میدان میچسبد و خمیدگی میـدان را تعقیـب میکند. سرعت سوق مرکز سیکلوترون تقریباً به صورت
زیر بیان میشود.
در این رابطه، Ell انرژي جنبشی ذره در راستاي ممـاس بـر مسـیر حرکت است و شعاع انحناي R، همان شعاع سـیملوله اسـت .[9]
سرعت سوق در واقع تمایل دارد تـا ذره را از مسـیر اصـلی خـود روي محور سیملوله منحرف کند و مانع از تعقیب خمیدگی میـدان توسط ذره میشود، بـه همـین دلیـل هـر چـه کمتـر باشـد حالـت مطلوبتري ایجاد میشود و در بهترین حالت صفر است. با توجه به روابط 1 و 3 ملاحظه میشود که در رابطه 1 تمایـل بـراي کـاهش میدان مغناطیسی وجود دارد در حـالی کـه در رابطـه 3 تمایـل بـه افزایش میدان مغناطیسی وجود دارد. در واقع باید به یک مصـالحه بر سر مقدار میـدان مغناطیسـی رسـید. از آنجـایی کـه هـیچ روش تحلیل براي دستیابی به مقدار بهینهي میدان مغناطیسی وجود ندارد، این کار به روش آزمون و خطا با شبیهسازي انجام میشود.
در مورد ب هم تصحیح مسیر باریکهي منحرف شده، بوسیلهي حلقــههــاي مغناطیســی خــارجی یــا بــا اســتفاده از صــفحات الکترواستاتیکی داخلی انجام میشود و باریکه را با انحراف میـدان، منحرف میکند .[10]
.3 سیستم انتقال مغناطیسی خم
طرح کلی این شیوه از سیستمی که در سال 1989 در ایتالیا طراحی شد، گرفته شده است .[11] طرحوارهي سیستم خم در شکل 1 نشان داده شده است. در این سیستم پس از چشمه یک سووا لنز به منظور متمرکز کردن باریکه قرار گرفته است و سپس
23 لنز مغناطیسی (سیملوله) به قطر 5 سانتیمتر قرار گرفتهاند که هر کدام میدان 50 گوسی در مرکز تولید میکنند. سیملولهها هر کدام یک قوس دو درجهاي از دایرهاي به شعاع 150 سانتیمتر را تشکیل میدهند.
به منظور جلوگیري از برخورد ذرات پرانرژي با صفحهي هدف، سیستم به صورت خم طراحی شده است. خط پر نشان داده
161
شده در شکل 1 که از چشمه شروع میشود و مماس بر قسمت سانتیمتر و قطر آن 4 سانتیمتر است که به قسمتهاي مختلف آن
پایینی لولهي خم در شکل رسم شده است، امتدادش با سیملولهي پتانسیلهاي متفاوتی، شکل 3، اعمال شـده اسـت. و باریکـه را بـه
سیزدهم برخورد میکند. این مطلب نشان میدهد که اگر ذرهاي با اندازهي 0/3 حالت اولیه متمرکز مـیکنـد. طـرح کلـی ایـن لنـز از
انرژي بالا از چشمه به سمت هدف پرتاب شود خم سیستم مانع از مرجع [12] گرفته شده است.
برخورد آن به هدف خواهد شد.
شکل :1 طرحوارهي سیستم انتقال مغناطیسی مستقیم
البته براي اطمینان بیشتر، از سیملولهي هجدهم به بعد سیملولهها مستقیم پشت سرهم چیده میشوند. در شکل 2 نرخ انتقال برحسب زاویه اولیه پرتاب نشان داده شده است. چنانچه که در شکل نشان داده شده است، نرخ انتقال با افزایش زاویهي پراکندگی به سرعت کاهش مییابد.
