بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی و شبیه سازي ستون یک شتابدهنده الکترواستاتیکی براي تولید باریکه هاي پروتون و دوترون با انرژي 200 keV به منظور ساخت آن ارائه شده است. در طراحی این شتابدهنده، هندسه هاي متفاوتی، با توجه به طرح کلی شتابدهنده هاي کم انرژي مورد بررسی قرار داده شد و با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازي هندسه هاي مختلف توسط کدهاي رایانه اي SIMION 7.0، Virtual Device و Toolkit در طراحی الکترودها، و شبیهسازي میدان الکترواستاتیکی الکترودهاي ستون شتابدهنده، و در نظر گرفتن هزینه هاي ساخت آنها به انتخاب مناسب ترین هندسه در جهت ساخت آن اقدام نموده ایم.
مقدمه
هدف از طراحی و ساخت این ستون شتابدهنده الکترواستاتیک، شتاب دادن یونهاي پروتون و دوترون تا انرژي 200keV با استفاده ازمیدان الکترواستاتیکی است. شتابدهنده هاي الکترواستاتیک از سادهترین و پرکاربردترین شتابدهنده ها بودهو وابسته به انرژي و نوع باریکه تولید شده ممکنورداست م استفادههاي گوناگون قرار گیرند .[1-3] با توجه به جریان باریکه مورد استفاده در این ستون در حد 1 mA، درمطالعه اپتیک یونی و طراحی الکترودها میتوان از اثرات بار فضایی چشمپوشی کرد .[3] الکترودها نیز بگونهاي طراحی شدهاند که با اعمال یک نیروي شعاعی، باریکه در مسیر خود همواره کدهايپیرامحور باشد.
از کامپیوتري SIMION7.0، [4] Toolkit و [5] Virtual Device در طراحی الکترودها، شبیهسازي میدان الکتریکی و خطوط میدان الکترودهاي ستون شتابدهنده استفاده شده است. به کمک این شبیهسازي ها و مقایسه آن با فیزیک مسأله، به مطالعه دینامیک رفتار باریکه در میدان الکترواستاتیکی درون ستونازيو بهینه س هندسه الکترودهاي ستون و نقش هر یک از آنها پرداخته ایم. قسمتهاي مهم یک شتابدهنده الکترواستاتیک کم انرژي، شامل ستون شتابدهنده و چشمه یون را می توان در اشکال 1-a, b, c مشاهده نمود.
نقش الکترودهاي مختلف در ستون شتابدهنده:
عملکرد کلی الکترودهاي فلزي بصورتی است که با ایجاد یک پتانسیل متقارن محور، باریکهاي پیرامحور تولید نموده و آن را به سمت هد ف هدایت می کند. محاسبه مسیر حرکت ذرات در یک عدسی الکترواستاتیک در حالت غیر نسبیتی و بدون حض ور میدان مغناطیسی در قالب معادله Pitch بیان می شود :[6] در ستون شتابدهنده الکترواستاتیک - شکل - 1، باریکه خارج شده از چشمه یونی توسط الکترود است خراج کننده - ال کترود اول - وار د ستون شتابدهنده میشود.
پس از همگرا شدن باریکه توسط الکترود کانونی کننده - الکترود دوم - و سپس اعمال نیرو در جهت شعاعی به باریکه پس از نقطه کانو نی توسط الکترود خنک کننده - الکترود سوم - - که هرکدام در پتانسیل کمتري نسب ت به الکترود پی شین قرار دارند - ، باریکه ازطریق الکترودهاي شتابد هنده به انرژي مورد نظر میرسد و ازطریق لوله ران ش به هدف بر خورد می نماید - شکل-1 . - c الکترود اول در تعامل با آند انتهاي چ شمه یون و الکت رود دوم، وظیفه است خراج، تشکیل باریکه و کانونی کردن آن را قطردارد و دهانه ورو دي این الکترود تعیین کننده میزان پذیرش ومیزان هستهای پیرامحوري باریکه است.
نوع چ شمه یون بکار رفته براي این ستون از نوع RF ا ست و هندسه الکترودهاي است خراج کننده یون، از پلاسماي داخل این چشمه یو ن، به صورتی است که علاوه بر استخراج حداکثري ذرات از چشمه یون، باری که تا - - حد ممکن - - به صورت مواز ي وارد ستون شود 1]،7،.[2 به دلیل تاثیر مستقیم گسیلندگی1 ذاتی باریکه استخراجی ازچشمه یون در بار یکه خروجی از شتابدهنده، در طراح ی این الکترود، واگرا نبودن بیش از حد باریکه خروجی پس از تر ك الکترودهاي اول مورد توجه قرار گرفته است که این امر در وهله اول، به قطر دهانه ور ودي استخراج کننده و از طرف دیگر به سطح پلاسماي گسیل یون که در ابتداي حفره استخراج کننده قرار می گیرد - M eniscus - وابسته است 8 ]،2،.[7 در است خراج یون از پلاسما، شرایط کمی متفاوت با استخراج الکترون » - هندسه پیرس - [3] « است.
