شتاب دهنده واندو گراف

نوعی از شتابدهنده الکترواستاتیک است که از زمان اختراع آن تا کنون برای دانش هسته ای بسیار موثر بوده است. این شتاب دهنده در سال ١٣٣١توسط واندوگراف طراحی گردید. شتابدهنده واندوگراف باریکه هایی را با انرژی های بالاتر از شتاب دهنده کاک کرافت_والتون، تک مرحله ای، با انرژی تعریف شده دقیقی در اختیار می گذارد. با تغییراتی که در این شتاب دهنده داده شد ،دستگاهی به نام شتاب دهنده واندو گراف تاندوم به وجود آمدو باریکه هایی از پروتون MeV٢٠وذرات آلفاMeV٣٠ قابل حصول گردید. در این ماشبن ها، یون های مثبت دارای عدد اتمی بالا و نیز الکترون ها هم قابل شتاب یافتن هستند.

برای دستیابی به ولتاژهای بالا در این شتابدهنده از یک تسمه عایق که بارها را به یک محل هدایت کننده بار حمل میکند استفاده می شود. طراحی کلی واصولی یک شتابدهنده واندوگراف مشتمل است بر تسمه ای از جنس غیر هادی بر روی دو قرقره که قرقره ها به طور پیوسته چرخانده میشوند. در یک انتها یک منبع ولتاژ، بار مثبت را به روی تسمه میپاشاند. ذرات باردار مثبت، به وسیله تسمه به قرقره طرف دیگر که در داخل یک گنبد فلزی در یک کره میان تهی قرار دارد،،حمل میشوند. در اینجا یک سری اجزای ظریف شانه مانند که به گنبد متصل است، بارهای مثبت را از تسمه جدا کرده، سپس بارهای خودرا بر روی سطح کره توزیع میکند.مقدار قابل ملاحظه ای از بار مثبت ممکن است به این طریق جمع آوری گردد.تنها عامل محدود کننده، ظرفیت عایق بودن اتمسفری محیط است که یک گاز عایق مانندSF_6  یا N_2 فضای گنبدراپرمیکند، به طوری که امکان تجمع بار زیادی میسر باشد. در این صورت پتانسیل حدود MeV١٥می تواند حاصل  گردد. این پتانسیل برای شتاب دادن پروتون ها تا انرژی های MeV١٥در یک سیستم تک مرحله ای مورد استفاده قرار میگیرد.

یک واندو گراف تک مرحله ای فقط یک لوله دارد. در نوع تاندوم آن ابتدا با بمباران الکترونهای کم انرژی به اتم ها بار منفی داده می شود و سپس از حد زمینه تا حصول به پتانسیل مثبت در الکترود مرکزی شتاب داده میشود. در این مرحله در مرکز شتاب دهنده یون های منفی، با عبور از یک فویل یا حجمی از یک گاز، عریان شده وبه یون های مثبت تبدیل می شوند.

در داخل کره میان تهی با بار مثبت یک منبع یونی وجود دارد که میتواند یونهای مثبت تولید کند. این یون ها بویسله بار مثبت روی کره دفع شده واز منبع به سمت پایین در یک لوله شتاب دهنده تا پتانسیل زمینه شتاب داده می شوند. هدف در انتهای این لوله قرار می گیرد.

انواع زیادی از یونهای مثبت و حتی ذرات غبار باردار ممکن است در یک واندو گراف شتاب داده شوند، ولی متداولترین ذرات پروتون ها هستند. یک انرژی ماگزیمم به اندازه MeV ٨_٧ میتواند به وسیله پروتون ها در یک واندوگراف یک مرحله ای حاصل شده وجریان های با تقریباً mA ١ میتواند بدست آید. همانطورکه در بالاتر هم ذکر شد، مزیت مهم شتاب دهنده واندوگراف این است که مقدار بار روی کره میتواند کنترل شود، بدان معنی که انرژی داده شده به باریکه ذره میتواند به راحتی وبه دقت تنظیم شود.

انرژی ذره بزرگترازMeV ٨ میتواندباتغییری ازواندوگراف اصلی تحت عنوان واندوگراف چند مرحله ای به دست آید. کار آن مشابه دستگاه یک مرحله ای است، به جز اینکه یک فاز شتاب دهنده اضافی وجود دارد.باز هم یک سیستم تسمه وقرقره ولتاژ مثبت را بر روی یک کره فلزی میان تهی ایجاد میکند. با وجود این، منبع یون در خارج کره در فاصله کمی دورتر از آن قرار گرفته، و بجای یونهای مثبت، یونهای منفی تولید می کند. این یون های منفی به سمت گنبد باردار مثبت جذب شده، اولین شتاب را دریافت می کنند. زمانی که درگنبدهستند،تعدادی از الکترون های یون های منفی از آن ها گرفته شده، یون های مثبت بوجود می آیند که این یون ها مثبت سپس بوسیله گنبد دارای بار مثبت دفع شده، شتاب دوم حاصل میشود.

شتابدهنده های واندوگراف قادرند انرژی ذرات را تا MeV١٠ برسانند، یعنی بدین ترتیب ذراتی را تولید میکنند که انرژی آن ها معادل ذرات با انرژی حاصل از فرو پاشی هسته ای می باشد.

گردآوری: مژده اصولی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی