Пеллетрон: Электростатикалық генератор және оның қағидалары
Pelletron
Пеллетрон – электростатический генератор, похожий на генератор Ван де Граафа. Создает высокие напряжения (до 25 МВ) и пучки ионов до 900 МэВ. История, принцип работы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Пелетрон – электростатикалық генераторлардың бір түрі, құрылысы жағынан Ван де Графф генераторына ұқсас. Пелетрон әртүрлі өлшемдерде жасалған, кішкентай қондырғылар 500 киловольтқа (кВ) дейін кернеу және 1 мегаэлектронвольтқа (МэВ) дейін кинетикалық энергия тудырса, ең ірі жүйе 25 мегавольттан астам тұрақты ток кернеуіне жетіп, 900 МэВ-тан астам энергиясы бар иондық сәулелерді өндірген. Ф. Хинтербергердің шолу мақаласына сәйкес, пелетрон алғаш рет 1960 жылдардың ортасында профессор Реймонд Херб жасаған. 1965 жылы Рэй, Дж.А. Ферри және Т. Поли сол кездегі бөлшектер физикасы зерттеулері үшін қажетті, үлкен Ван де Графф машиналарының мәселелерін шешу мақсатында пелетрон өндіру үшін Ұлттық электростатика корпорациясын құрды. Ван де Графф машинасы сияқты, электр заряды механикалық тасымалдау жүйесі арқылы қозғалады. Заряд "пеллеттер" тізбегінде (оқшаулағыш материалдармен байланысқан өткізгіш түтіктер) тасымалданады, ол Пелетрон терминалында жоғары кернеуді құру үшін пайдаланылады. Қозғалмалы пеллеттер зарядты сақтайтын өзгермелі сыйымдылықтарды жасайды, сондықтан пеллет зарядтаушы электродтан аккумуляторға қарай жылжығанда және жерге қатысты сыйымдылық төмендегенде, заряд пеллетке электродтардан басқа жерден кіре алмайтындықтан немесе шыға алмайтындықтан кернеу артады.
A Pelletron is a type of electrostatic generator, structurally similar to a Van de Graaff generator. Pelletrons have been built in many sizes, from small units producing voltages up to 500 kilovolts (kV) and beam energies up to 1 megaelectronvolt (MeV) of kinetic energy, to the largest system, which has reached a DC voltage of over 25 megavolts and produced ion beams with energies over 900 MeV. According to the review paper of F. Hinterberger the pelletron was first developed in the mid 1960s by Prof. Raymond Herb. In 1965 Ray together with J. A. Ferry and T. Pauly founded the National Electrostatics Corporation, to manufacture pelletrons as a solution to the problems of ever larger Van de Graaff machines required at that time for particle physic research. As in the Van de Graaff machine, electric charge is moved by a mechanical transportation system. The charge is carried on a chain of 'pellets' (conductive tubes connected by links made of insulating material), that is used to build up high voltages on the Pelletron terminal. The moving pellets form variable capacitances on which charge is trapped, so as the pellet moves from the charging electrode towards the accumulator and the capacitance to ground reduces, the voltage rises, as charge cannot enter or leave the pellet except at the electrodes.
Жоғары және төменгі зарядтау
Шатыршалар жүктемені беру үшін қозғалтқыш шкивпен немесе жоғарғы роликпен жанасқанда, зарядталған электродтар шатыршаларға жақындағанда және шатырша / роликтен шығар кезде зарядты шатыршаға беруді барынша арттыру үшін шатыршаларға өте жақын орналасады. Оң терминалды Пеллетронда, шатыршалар терминалдан шығу алдында теріс зарядталған индуктор электродының астынан өтеді, бұл шатыршалар жерге қосылған қозғалтқыш шкивпен байланысын үзгенде олардың оң зарядын барынша арттырады. Ең тиімді құрылым, «жоғары және төмен зарядтау» деп аталады, екі шетінде екі жанаспайтын электродтары бар (төменгі жағында оң «супрессор» – болашақ шатыршалармен жанасқандағы ең жоғары разряд тогын шектеу үшін, содан кейін жоғарғы жағында теріс «индуктор» электроды – шығатын шатыршадағы оң зарядты барынша арттыру үшін). Жоғарғы жағында жағдай кері болады, сондықтан жоғарғы роликке келетін шатыршалар теріс зарядталған пластинаның әсерін, ал кететіндері – оң зарядталған пластинаның әсерін сезінеді, бұл да роликке және жоғарғы электродқа заряд беруді барынша арттыру үшін жасалған. Жүйе SF6 (көкөрт гексафториді) сияқты оқшаулағыш газбен толтырылған қысымды ыдыспен және вакуумдалған сәулелі желімен қоршалған. Терминал мен жер арасындағы потенциалдар айырмасы позитрондар, электрондар, теріс және оң иондар сияқты бірнеше түрлі бөлшектерді үдету үшін қолданылады. Ван-де-Грааф генераторының белдеуімен салыстырғанда, шатырша тізбегі резеңке белдеуден гөрі жоғары жылдамдықпен жұмыс істей алады, тозғаннан туындаған шаң мен тоқтауларды болдырмайды, сонымен қатар жоғары кернеу мен ток өндіреді. Тізбек Ван-де-Грааф белдеуінен гөрі біркелкі зарядталуы мүмкін, сондықтан терминал кернеуі және, демек, бөлшектер үдеткішінің энергиясы тұрақты болады. Ірі Пеллетрон конструкциялары әдетте ондаған MV тұрақты ток кернеуін өндіре алады. Пеллетрон бөлшектер үдеткіштері материалдарды талдау, ядролық физика, жартылай өткізгіштерді әзірлеу және өндіру, фармацевтикалық зерттеулер, сондай-ақ көміртектің жасын анықтау және басқа сирек изотоптарды өлшеуге арналған жоғары сезімтал массалық спектрометрлер сияқты көптеген салаларда қолданылады. Электрлік тұрғыдан бірдей, бірақ механикалық тұрғыдан өзгеше жүйе – Laddertron, ол физикалық жағынан тік баспалдаққа ұқсас болғандықтан осылай аталған.
While the pellets are in contact with the drive pulley or the top roller to encourage charge transfer, charged electrodes are brought very near to the pellets as they approach and leave the pulley /roller to maximise the charge transfer to the pellet. In a positive terminal Pelletron, the pellets pass under a negatively charged inductor electrode just before they leave the drive pulley to maximise the effective positive charge on the pellets as they break contact with the grounded drive pulley. The most efficient arrangement, so called up and down charging has two non contact electrodes at each end (a positive 'suppressor' at the bottom near the downward pellets to limit the peak discharge current as they contact the pulley followed by a negative 'inductor' electrode on the upwards side to maximise the positive charge on the outbound pellet. At the top the situation is reversed, so at top roller, the arriving pellets experience the field of a negatively charged plate, and the departing ones a positively charged one, again to maximise charge transfer to the roller and top electrode. The system is enclosed by a pressure vessel filled with insulating gas, such as SF6 (sulfur hexafluoride), and an evacuated beamline. The potential difference between the terminal and ground is used to accelerate several kinds of particles, such as positrons, electrons, and negative and positive ions. Compared to the belt of Van de Graaff generator, the pellet chain can operate at a higher velocity than a rubber belt, without wear creating dust and stoppages, while producing higher voltages and currents. The chain can be charged more uniformly than the belt of a Van de Graaff, so the terminal voltage and therefore particle accelerator energy is more consistent. Large pelletron designs can typically produce a DC Voltage of several tens of MV. Pelletron particle accelerators are used in many fields, including materials analysis, nuclear physics, semiconductor development and production, pharmaceutical research, and in ultra sensitive mass spectrometers for carbon dating and measurement of other rare isotopes. An electrically identical but mechanically different system is the Laddertron so named because of the physical resemblance to an articulated ladder.