المعجلات التوافقية

لا يمكن تعجيل الإيونات إلى طاقات كبيرة باستخدام المعجلات الدائرية وذلك بسبب التأثير النسبي وتغير الكتلة عند السرعات العالية. فمثلاً لا يمكن تسريع البروتونات لأكثر من 22 م. ا. ف. بسبب هذا التأثير. فإذا ما أردنا تعجيل الجسيمات إلى طاقات عليا فإن علينا تحقيق شرط الرنين وذلك بزيادة شدة المجال المغناطيسي أو تقليل التردد وذلك حسب معادلة (1). لقد أمكن تعجيل الجسيمات إلى طاقات عالية باستخدام هذه الطرق وبتحقيق مبدا استقرار الطور (Phase Stability) الذي يعتبر خاصة ذاتية للسيكلوترون. يبين الشكل (1) هذا المبدا. يبين الشكل (تغير الجهد خلال

(1).................

الشكل (1)

الثغرة في السيكلوترون كدالة في الزمن. يتضح من الشكل أن معدل تغير الجهد في الفترة الزمنية بين (t₀ ,t₁) أكبر منه في الفترة الزمنية بعد (t₁) وهذا يعني أنه إذا وصلت جسيمات بطيئة في هذ القدرة الزمنية (بين t₁, t₀) فسوق تكتسب طاقة أكبر من باقي الجسيمات، ومن ثم تتسارع بكمية أكبر وهكذا تلحق بباقي الجسيمات الأسرع منها. وبالعكس فإن الجسيمات الأسرع سوف تصل بعد فترة زمنية أكبر من سابقتها (في الفترة بين t₂, t₁) وهنا فإن معدل تغير الجهد يقل عن سابقة (كما بالشكل) وبالتالي سوف تكتسب هذه الجسيمات طاقة أقل من الطاقة التي اكتسبتها الجسيمات البطيئة. ومن ثم تتباطأ قليلاً للحاق بباقي الجسيمات. وهكذا نجد أنه ينشأ هناك آلية ذاتية تعمل على تسارع جميع الجسيمات التي بدأت المسيرة عند مصدر الإيونات بدرجة واحدة في نهاية الأمر ومن ثم تستمر في اكتساب الطاقة حتى تصل إلى طاقتها العظمى. وهذا هو مبدأ استقرار الطور.

لاحظ أنه في البداية تضبط قيمتي B, f للحصول على الطاقة الابتدائية للجسيم (حسب معادلة (1)). وللحصول على الطاقات العليا فإن علينا أن نغير أياً من f, B أو كليهما معاً ببطء. ولقد تبين أنه يمكن أيضاً الاحتفاظ بأستقرارية الطور إذا كان التغير في (B, f) بطينا جداً٠ كما ويمكن تسريع الجسيمات إما بزيادة (B) أو بتقليل (f). ووفق هذا المبدأ تم تصميم نوعين من المعجلات.

أ) المعجل التوافقي الدوار: Synchro Cyclotron أو السيكلوترون ذو التعديل الترددي Frequency - Modulated Cyclotronوهنا فإن (B) تظل ثابتة. بينما يمكن تغيير التردد (f) .

ب) المعجل التوافقي Synchrotron (أو السينكروترون) حيث يتم هنا تغيير B بينما تظل (f) ثابتة أو متغيرة هي الأخرى.

ومن الجدير بالذكر هنا أن تغيير (B) أكثر تعقيداً من تغيير التردد (f), وينقسم السينكروترون إلى قسمين:

1- معجل البروتون: وهنا فإنه يتم تغيير كلاً من (B)، (f).

2- معجل الإلكترون: وهنا فإنه يتم تغيير (B) ولكن (f) تظل ثابتة.