Войти
Линейный ускоритель в австралийском синхротроне использует радиоволны из серии ВЧ-резонаторы в начале линейного ускорителя для ускорения пучков электронов сгустками до энергии 100 МэВ. A линейный ускоритель частиц (часто сокращается до линейный ускоритель ) представляет собой тип ускорителя частиц, который ускоряет заряженные субатомные частицы или ионы до высокой скорости, подвергая их серии колеблющихся электрических потенциалы вдоль линейного луча. Принципы создания таких машин были предложены Густавом Исингом в 1924 году, а первая работающая машина была сконструирована Рольфом Видеро в 1928 году в RWTH Ахенском университете. Линейные ускорители имеют множество применений: они генерируют рентгеновское излучение и электроны высокой энергии для медицинских целей в лучевой терапии, служат в качестве инжекторов частиц для ускорителей более высоких энергий и используются непосредственно для достижения самая высокая кинетическая энергия легких частиц (электронов и позитронов) для физики элементарных частиц.
Конструкция линейного ускорителя зависит от типа ускоряемой частицы: электроны, протоны или ионы. Размеры линейных ускорителей варьируются от электронно-лучевой трубки (которая является разновидностью линейного ускорителя) до линейного ускорителя длиной 3,2 километра (2,0 мили) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парк, Калифорния.
Анимация, показывающая, как работает линейный ускоритель. В этом примере предполагается, что ускоренные частицы (красные точки) имеют положительный заряд. График V (x) показывает электрический потенциал вдоль оси ускорителя в каждый момент времени. Полярность ВЧ-напряжения меняется, когда частица проходит через каждый электрод, поэтому, когда частица пересекает каждый зазор, электрическое поле (E, стрелки) имеет правильное направление для ее ускорения. Анимация показывает, что в каждом цикле ускоряется одна частица; в реальных линейных ускорителях большое количество частиц впрыскивается и ускоряется каждый цикл. Действие показано чрезвычайно замедленным. 
Квадрупольные магниты, окружающие линейный ускоритель австралийского синхротрона, используются для помощи фокусировки электронного луча 
здания, покрывающего 2 мили (3,2 км) лучевая труба Стэнфордского линейного ускорителя (SLAC) в Менло-Парке, Калифорния, второго по мощности линейного ускорителя в мире. Он имеет около 80 000 ускоряющих электродов и может ускорять электроны до 50 ГэВ См. Анимированную диаграмму. Линейный ускоритель частиц состоит из следующих частей:
Как показано на анимации, колебательное напряжение, приложенное к чередующимся цилиндрическим электродам, имеет противоположную полярность (180 ° не в фазе ), поэтому соседние электроды имеют противоположные напряжения. Это создает колеблющееся электрическое поле (E) в зазоре между каждой парой электродов, которое оказывает силу на частицы, когда они проходят, передавая им энергию, ускоряя их. Источник частиц вводит группу частиц в первый электрод один раз за каждый цикл подачи напряжения, когда заряд на электроде противоположен заряду частиц. Электроды имеют правильную длину, чтобы ускоряющие частицы прошли ровно половину цикла, чтобы пройти через каждый электрод. Каждый раз, когда сгусток частиц проходит через электрод, колебательное напряжение меняет полярность, поэтому, когда частицы достигают зазора между электродами, электрическое поле имеет правильное направление для их ускорения. Следовательно, частицы ускоряются до более высокой скорости каждый раз, когда проходят между электродами; внутри электродов небольшое электрическое поле, поэтому частицы перемещаются с постоянной скоростью внутри каждого электрода.
Частицы впрыскиваются в нужное время, так что колебательный перепад напряжения между электродами максимален, когда частицы пересекают каждый зазор. Если пиковое напряжение, приложенное между электродами, составляет 
электрон-вольт, где 
На скоростях, близких к скорости света, приращение скорости будет небольшим, при этом энергия будет проявляться как увеличение массы частиц. В тех частях ускорителя, где это происходит, длина трубчатых электродов будет почти постоянной. Могут быть включены дополнительные магнитные или электростатические линзовые элементы, чтобы гарантировать, что луч остается в центре трубы и ее электродов. Очень длинные ускорители могут поддерживать точное выравнивание своих компонентов за счет использования сервосистем, управляемых лазерным лучом.
Сверхпроводящий линейный ускоритель Стэнфордского университета, расположенный в кампусе под лабораторией Хансена до 2007 года. Этот объект является отдельным от SLAC 
Стальное литье, подвергающееся x- ray с использованием линейного ускорителя в Goodwin Steel Castings Ltd . Линейный ускоритель может производить частицы с более высокой энергией, чем предыдущие электростатические ускорители частиц (ускоритель Кокрофта-Уолтона и Генератор Ван де Граафа ), которые использовались, когда он был изобретен. В этих машинах частицы только один раз ускорялись приложенным напряжением, поэтому энергия частиц в электрон-вольт была равна ускоряющему напряжению на машине, которое было ограничено несколькими миллионами вольт из-за пробоя изоляции. В линейном ускорителе частицы многократно ускоряются под действием приложенного напряжения, поэтому энергия частиц не ограничивается ускоряющим напряжением.
Линейные ускорители большой мощности также разрабатываются для производства электронов с релятивистскими скоростями, что необходимо, поскольку быстрые электроны, движущиеся по дуге, будут терять энергию из-за синхротронного излучения ; это ограничивает максимальную мощность, которая может быть передана электронам в синхротроне заданного размера. Линейные ускорители также способны производить потрясающую мощность, производя почти непрерывный поток частиц, тогда как синхротрон только периодически поднимает частицы до энергии, достаточной для «выстрела» в цель. (Всплеск может удерживаться или храниться в кольце при энергии, чтобы дать экспериментальной электронике время для работы, но средний выходной ток все еще ограничен.) Высокая плотность выходного сигнала делает линейный ускоритель особенно привлекательным для использования в установках с накопительным кольцом. с частицами при подготовке к столкновениям частицы с частицами. Высокая выходная масса также делает устройство практичным для производства частиц антивещества, которые, как правило, трудно получить, поскольку они составляют лишь небольшую часть продуктов столкновения цели. Затем они могут быть сохранены и в дальнейшем использованы для изучения аннигиляции вещества и антивещества.
Историческое изображение, показывающее Гордона Айзекса, первого пациента, пролеченного от ретинобластомы с помощью лучевой терапии с линейным ускорителем (в данном случае пучком электронов) в 1957 году в США. Другое пациенты лечились линейным ускорителем от других болезней с 1953 года в Великобритании. Правый глаз Гордона удалили 11 января 1957 года, потому что там распространился рак. Однако в его левом глазу была только локализованная опухоль, которая побудила Генри Каплана лечить его электронным лучом. Лучевая терапия на основе линейного ускорителя для лечения рака началась с первого Пациент проходил лечение в 1953 году в Лондоне, Великобритания, в больнице Хаммерсмит, с помощью аппарата 8 МВ, построенного Метрополитен-Виккерс и установленного в 1952 году в качестве первого специализированного медицинского линейного ускорителя. Спустя некоторое время в 1954 году в Стэнфорде, США, был установлен линейный ускоритель мощностью 6 МВ, лечение которого началось в 1956 году.
Ускорение электронов с помощью волновода с настроенным резонатором, в котором радиочастотная мощность создает постоянный волна. Некоторые линейные ускорители имеют короткие вертикально установленные волноводы, в то время как машины с более высокой энергией, как правило, имеют горизонтальный более длинный волновод и изгибающий магнит, чтобы повернуть луч вертикально к пациенту. В медицинских линейных ускорителях используются моноэнергетические пучки электронов от 4 до 25 МэВ, дающие рентгеновское излучение со спектром энергий вплоть до энергии электронов включительно, когда электроны направлены на высокую плотность (например, вольфрам ) цель. Электроны или рентгеновские лучи можно использовать для лечения как доброкачественных, так и злокачественных заболеваний. LINAC производит надежный, гибкий и точный луч излучения. Универсальность LINAC является потенциальным преимуществом перед кобальтотерапией в качестве лечебного средства. Кроме того, устройство можно просто выключить, когда оно не используется; нет источника, требующего сильной защиты - хотя сама процедурная комната требует значительного экранирования стен, дверей, потолка и т. д. для предотвращения выхода рассеянного излучения. Продолжительное использование мощных (>18 МэВ) машин может вызвать значительное количество излучения в металлических частях головки машины после отключения питания машины (т. Е. Они становятся активным источником, и необходимо соблюдать необходимые меры предосторожности.).
Ожидаемый дефицит Mo-99 и технеция-99m медицинского изотопа полученные из него, также пролили свет на технологию линейных ускорителей для производства Mo-99 из необогащенного урана путем нейтронной бомбардировки. Это позволило бы индустрии медицинских изотопов производить этот критически важный изотоп с помощью подкритического процесса. Установки для старения, например Chalk River Laboratories в Онтарио, Канада, которые все еще производят большую часть Mo-99 из высокообогащенного урана, можно было бы заменить этим новым процессом. Таким образом, будет достигнута докритическая загрузка растворимых солей урана в тяжелая вода с последующей фотонейтронной бомбардировкой и экстракцией целевого продукта Mo-99.
 | На Викискладе есть медиафайлы, связанные с линейными ускорителями частиц. |
