Жартышықтар сәулесінің траекториясы: үдеткіштердегі сәуле жолы, құрылысы, қолданылуы (физика, материалдар, биология). Қорғау шаралары да қарастырылған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тездетілген бөлшектер сәулесінің траекториясы
Trajectory of a beam of accelerated particles
Үдеткіш физикасында сәуле жолы – бұл бөлшектер сәулесінің траекториясы, соның ішінде жол сегментінің (бағыттағыш түтіктер, диагностикалық құрылғылар) үдеткіш қондырғысының белгілі бір жолы бойынша жалпы құрылымын қамтиды. Бұл бөлік – сызықтық үдеткіште бөлшектер сәулесі қозғалатын жол, немесе бөлшектер генераторынан (мысалы, циклдік үдеткіш, синхротрон жарық көздері, циклотрондар немесе спалляция көздері) эксперименттік соңғы станцияға дейінгі жол. Сәуле жолдары әдетте синхротрондан алынған бөлшектер сәулелерін немесе синхротрон жарығын, немесе спалляция көзінен немесе зерттеу реакторынан алынған нейтрондарды пайдаланатын эксперименттік станцияларда аяқталады. Сәуле жолдары бөлшектер физикасы, материалтану, тіршілік ғылымдары, химия және молекулалық биология салаларындағы эксперименттерде қолданылады, сонымен қатар сәулелену сынақтарын жүргізуге немесе изотоптар өндіруге де пайдаланылуы мүмкін.
In accelerator physics, a beamline refers to the trajectory of the beam of particles, including the overall construction of the path segment (guide tubes, diagnostic devices) along a specific path of an accelerator facility. This part is either
the line in a linear accelerator along which a beam of particles travels, or
the path leading from particle generator (e. g. a cyclic accelerator, synchrotron light sources, cyclotrons, or spallation sources) to the experimental end station. Beamlines usually end in experimental stations that utilize particle beams or synchrotron light obtained from a synchrotron, or neutrons from a spallation source or research reactor. Beamlines are used in experiments in particle physics, materials science, life science, chemistry, and molecular biology, but can also be used for irradiation tests or to produce isotopes.
Бөлшектерді жылдамдатушыдағы сәуле сызығы
Бөлшектерді жылдамдатушыларда сәуле желісі әдетте туннельде және/немесе жер астында орналасады, радиациядан қорғау үшін бетон қабырғалардың ішінде жатады. Сәуле желісі – әдетте, "сәуле құбыры" деп аталатын, немесе дрейфтік құбыр болып табылатын цилиндрлі металл құбыр, ішінен газ молекулаларын шығарып, жоғары вакуум жасалады. Бұл, үдетілген бөлшектердің сәулесіне кедергі келтірмейтіндей және оларды шашыратпайтын жағдайды қамтамасыз етеді. Сәуле желісінде бөлшектер сәулесін жасау, сақтау, бақылау және үдету үшін арнайы құрылғылар мен жабдықтар орналасқан. Бұл құрылғылар сәуле желісіне жақын немесе тікелей бекітілуі мүмкін. Оларға күрделі түрлендіргіштер, диагностикалық құралдар (позиция мониторлары және сымды сканерлер), линзалар, коллиматорлар, терможұптар, иондық сорғылар, иондық өлшегіштер, иондық камералар (диагностикалық мақсаттар үшін; көбінесе "сәуле мониторлары" деп аталады), вакуумдық клапандар ("оқшаулау клапандары") және қақпа клапандары кіреді. Сәуле желісінің барлық бөлімдері, магниттер және т.б. (әдетте, лазерлік тракерді қолданатын зерттеу және реттеу тобы арқылы) дұрыс бағытталғаны және микрометрлік дәлдік сақталғаны маңызды. Жақсы бағытталу сәуленің жоғалуын және құбыр қабырғаларымен соқтығысуын болдырмайды, бұл екіншілік эмиссияны және/немесе радиацияны тудыруы мүмкін.
In particle accelerators the beamline is usually housed in a tunnel and/or underground, cased inside a concrete housing for shielding purposes. The beamline is usually a cylindrical metal pipe, typically called a beam pipe, and/or a drift tube, evacuated to a high vacuum so there are few gas molecules in the path for the beam of accelerated particles to hit, which otherwise could scatter them before they reach their destination. There are specialized devices and equipment on the beamline that are used for producing, maintaining, monitoring, and accelerating the particle beam. These devices may be in proximity of or attached directly to the beamline. These devices include sophisticated transducers, diagnostics (position monitors and wire scanners), lenses, collimators, thermocouples, ion pumps, ion gauges, ion chambers (for diagnostic purposes; usually called "beam monitors"), vacuum valves ("isolation valves"), and gate valves, to mention a few. It is imperative to have all beamline sections, magnets, etc., aligned (often by a survey and an alignment crew by using a laser tracker), beamlines must be within micrometre tolerance. Good alignment helps to prevent beam loss, and beam from colliding with the pipe walls, which creates secondary emissions and/or radiation.
Жарық сызығын модельдеу бағдарламалық жасақтамасы
Синхротрондық сәулелену сәуле желісінің дизайны рентгендік оптиканың қолданылуы ретінде қарастырылғанымен, сәуле желісі бойымен рентген сәулелерінің таралуын және олардың әртүрлі компоненттермен өзара әрекеттесуін модельдеуге арналған арнайы құралдар бар. Сәулелерді іздеуге арналған Shadow және McXTrace сияқты кодтар рентген сәулесін геометриялық оптика шегінде қарастырады, ал дифракцияны және сәулеленудің ішкі толқындық қасиеттерін ескеретін толқын тарату бағдарламалық жасақтамалары да бар. Синхротрондық сәулеленудің толық немесе ішінара когеренттілігін түсіну үшін толқындық қасиеттерін ескеру қажет. SRW, Spectra және xrt кодтары осы мүмкіндікті қамтиды, соңғы код берілген оптикалық сегментте геометриялық тәсілден толқындық тәсілге ауысуға мүмкіндік беретін «гибридтік» режимді қолдайды.
Although the design of a synchrotron radiation beamline may be seen as an application of X ray optics, there are dedicated tools for modeling the x ray propagation down the beamline and their interaction with various components. There are ray tracing codes such as Shadow and McXTrace that treat the x ray beam in the geometric optics limit, and then there are wave propagation software that takes into account diffraction, and the intrinsic wavelike properties of the radiation. For the purposes of understanding full or partial coherence of the synchrotron radiation, the wave properties need to be taken into account. The codes SRW, Spectra and xrt include this possibility, the latter code supports "hybryd" regime allowing to switch from geometric to wave approach on a given optical segment.
Нейтрондық сәуле желісі
Нейтрондық сәуле желілері синхротрондық сәуле желілерінен негізінен фотондардың орнына зерттеу реакторынан немесе спаллация көзінен алынған нейтрондарды қолдану арқылы ерекшеленеді. Нейтрондар зарядталмаған және оларды қайта бағыттау қиын болғандықтан, құралымдық бөліктері өте ерекше (мысалы, кескіштер немесе нейтрондық супер айналарды қараңыз). Эксперименттер көбінесе зерттеліп жатқан үлгіден нейтронның шашырауын немесе оған энергияның берілуін өлшеуге бағытталған.
Superficially, neutron beamlines differ from synchrotron radiation beamlines mostly by the fact that they use neutrons from a research reactor or a spallation source instead of photons. Since neutrons don't carry charge and are difficult to redirect, the components are quite different (see e. g. choppers or neutron super mirrors). The experiments usually measure neutron scattering from or energy transfer to the sample under study.