Betatron, inaczej akcelerator indukcyjny, typ akceleratora cyklicznego, wykorzystywanego do przyspieszania elektronów. Przyspieszanie dochodzi na skutek wirowego pola elektrycznego, indukowanego przez zmienny strumień pola magnetycznego.
W betatronie elektrony przyspieszane są na stabilnej orbicie, cykl przyspieszania równy jest 1/4 okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. Pod koniec przyspieszania dodatkowy impuls pola nakierowuje elektrony na tarczę, gdzie pod wpływem promieniowania hamowania produkowane są wysokoenergetyczne fotony (kwanty promieniowania gamma).
Największe energie elektronów zyskane w betatronie są rzędu 200 MeV. Stosowane są w fizyce jądrowej i w medycynie nuklearnej (do terapii nowotworowej). Betaterapia, radioterapia wykorzystująca promieniowanie beta, produkowane przez specyficzny aparat betatron. Gdy wprowadzimy do ciała promieniowanie beta (elektrony), powodujemy od razu jonizację, która jest fizyczną podstawą biologicznego działania z grupy promieniowań nazywa się z tego powodu promieniowaniami jonizującymi. Jonizujące promieniowanie, czyli typ promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie gamma albo promieniowanie rentgenowskie) lub cząsteczek naładowanych (np. elektronów czyli cząsteczek beta, cząsteczek alfa, protonów, jonów itp.).
Cząsteczki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, co powoduje przekazanie części swojej energii elektronom ośrodka co powoduje jonizację.
Przy promieniowaniach elektromagnetycznych, np. rentgenowskim, jonizacja jest zjawiskiem wtórnym, tworzącym się w napromienianym ciele na skutek tego promieniowania
Betatron jest przyrządem przyśpieszającym elektrony do dużych prędkości przez poddanie ich działaniu indukowanych pól elektrycznych, produkowanych przy pomocy zmiennego strumienia magnetycznego. Jest to idealna ilustracja indukowanych pól. Wysokoenergetyczne elektrony wykorzystuje się w kilku głównych analizach fizycznych a także do uzyskiwania przenikliwych promieni Roentgena, stosowanych przy terapii nowotworowej oraz w przemyśle.
Niżej przedstawiony jest betatron, który daje elektrony o energii rzędu 100MeV. Prędkość elektronów o tej energii równa jest 0,999986c, gdzie c to prędkość światła. Zatem do badania ich zachowania niezbędne jest wykorzystanie mechaniki relatywistycznej.
Pole magnetyczne betatronu ma wiele funkcji:
a. Zatrzymuje elektrony na torze kołowym
b. Zmienne pole magnetyczne generujące pole elektryczne, przyspiesza elektrony
c. Utrzymuje stałość promienia orbity, po której zasadniczo przemieszczają się elektrony
d. Doprowadza elektrony na orbitę i wyprowadza je z betatronu wówczas, gdy posiadają one już zadaną energię
e. Dodaje siły, która zapewnia równowagę układu, a następnie przeciwdziała ona tendencji elektronów do wydostawania się z orbity w kierunku pionowym albo radialnym.
Bardzo ważne jest, iż wszelkie te cele da się zrealizować przez konkretne ukształtowanie oraz regulację pola magnetycznego.
Na ilustracji przedstawionej niżej widać szklaną próżniową komorę troidalną, w środku której obiegają elektrony, jest zdefiniowana przez R. Orbita tych elektronów jest okręgiem, które leży w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny ilustracji. Elektrony wydostają się z tej płaszczyzny pod kątem prostym względem niej, z lewej strony ilustracji oraz wydostają się z prawej (X). W betatronie firmy General Electric Company promień orbity elektronów równa jest 82 cm. Cewki C i 130-tonowy magnes produkują strumień magnetyczny, który przechodzi prze płaszczyznę orbity.
Prąd, który płynie w cewkach C, zmienia się okresowo 60razy/s, produkuje zmienny strumień który przechodzi przez orbitę. Kiedy B nakierowane jest do góry wówczas B uważamy za dodatnie. Ruch elektronów w konkretnym kierunku zachodzi podczas tego półokresu (ac) wówczas strumień jest dodatni. Elektrony są wtedy przyśpieszenie przez pole elektryczne produkowane przez zmienny strumień. Kierunek indukowanych pół elektrycznych uzależniony jest od znaku B /dt oraz powinien być tak dobrany, by elektrony były przyśpieszane, a nie opóźniane. Zatem jedynie połowa dodatniego półokresu może być zastosowana do przyśpieszenia.
Betatron jest przykładem na to, iż w przypadku pól elektrycznych produkowanych przez indukcję potencjał elektryczny nie ma jakiegokolwiek znaczenia.
Z początkiem lat czterdziestych D.W. Kerst z University of Illinois zbudował nowoczesny przyrząd który rozpędza jony - betatron. Złożony był on się z komory próżniowej w formie torusa ulokowanej pomiędzy nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej było umieszczone również źródło elektronów. Cewki zasilane prądem zmiennym indukują zmienne pole elektromagnetyczne między biegunami elektromagnesu. Pole rozpędza elektrony równocześnie zatrzymuje je na orbicie kołowej. To powoduje że znikają ograniczenie, które posiadał cyklotron. Nie powiększa się bowiem promień toru po którym krąży elektron.
Betatron, akcelerator indukcyjny, typ akceleratora cyklicznego, wykorzystywanego do przyspieszania elektronów. Przyspieszanie dochodzi na skutek wirowego pola elektrycznego, indukowanego przez zmienny strumień pola magnetycznego.
W betatronie elektrony przyspieszane są na stabilnej orbicie, cykl przyspieszania równy jest 1/4 okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. Pod koniec przyspieszania dodatkowy impuls pola nakierowuje elektrony na tarczę, gdzie na skutek promieniowania hamowania produkowane jest wysokoenergetyczne fotony (kwanty promieniowania gamma).
Największe energie elektronów uzyskiwane w betatronie są rzędu 200 MeV. Stosowane są w fizyce jądrowej i w medycynie nuklearnej (do leczenia raka). Betaterapia, radioterapia wykorzystująca promieniowanie beta, produkowane przez specyficzny przyrząd betatron. Dostarczając do ciała promieniowanie beta, zatem elektrony, produkują bezpośrednio jonizację, która jest fizyczną podstawę biologicznego działania z grupy promieniowań zwanych z tego powodu promieniowaniami jonizującymi. Jonizujące promieniowanie, typ promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie gamma albo promieniowanie rentgenowskie) i cząsteczek naładowanych (np. elektronów czyli cząsteczek beta, cząsteczek alfa, protonów, jonów itp.).
Cząsteczki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, co powoduje przekazanie części swojej energii elektronom ośrodka wywołując jonizację.
Przy promieniowaniach elektromagnetycznych, np. rentgenowskim, jonizacja jest zjawiskiem wtórnym, tworzącym się w napromienianym ciele na skutek tego promieniowania
Betatron jest przyrządem przyśpieszającym elektrony do dużych prędkości przez poddawanie ich działaniu indukowanych pól elektrycznych, produkowanych przy pomocy zmiennego strumienia magnetycznego. Jest to idealna ilustracja indukowanych pól. Wysokoenergetyczne elektrony wykorzystuje się w kilku głównych analizach fizycznych i do uzyskiwania przenikliwych promieni Roentgena, użytecznych przy terapii nowotworowej oraz w przemyśle.
Niżej przedstawiono betatron który daje elektrony o energii rzędu 100MeV. Prędkość elektronów o tej energii równa jest 0,999986c, gdzie c jest prędkością światła. Zatem do badania ich zachowania niezbędne jest wykorzystanie mechaniki relatywistycznej.
Pole magnetyczne betatronu pełni wiele funkcji:
a. Zatrzymuje elektrony na torze kołowym
b. Zmienne pole magnetyczne generujące pole elektryczne, które później przyspiesza te elektrony
c. Powoduje stałość promienia orbity, po której zasadniczo przemieszczają się elektrony
d. Doprowadza elektrony na orbitę i wyprowadza je z betatronu wówczas, gdy posiadają już one zadaną energię
e. Dodaje siły która zapewnia równowagę układu, która przeciwdziała tendencji elektronów do wydostawania się z orbity w kierunku pionowym albo radialnym.
Trzeba tutaj wspomnieć także, iż wszelkie te wymagania da się realizować przez właściwe ukształtowanie oraz regulację pola magnetycznego.
Na ilustracji widać szklaną próżniową komorę troidalną, w środku której krążą elektrony, jest zdefiniowana przez R. Orbita tych elektronów jest okręgiem, które leży w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny ilustracji. Elektrony wydostają się z tej płaszczyzny pod kątem prostym względem niej, z lewej strony ilustracji oraz wydostają się z prawej (X). W betatronie firmy General Electric Company promień orbity elektronów równa jest 82 cm. Cewki C i 130-tonowy magnes produkują strumień magnetyczny, który przechodzi prze płaszczyznę orbity.
Prąd , który płynie w cewkach C, zmienia się okresowo 60razy/s, produkuje zmienny strumień, który przechodzi przez orbitę. Kiedy B nakierowany jest do góry wówczas B uważamy za dodatnie. Ruch elektronów w podanym kierunku odbywa się podczas tego półokresu (ac) kiedy strumień jest dodatni. Elektrony są w tym momencie przyśpieszenie przez pole elektryczne produkowane przez zmienny strumień. Kierunek indukowanych pół elektrycznych uzależniony jest od znaku B /dt oraz powinien on być tak dobrany, by elektrony były przyśpieszane, a nie opóźniane. Zatem jedynie połowa dodatniego półokresu może być stosowana do przyśpieszenia.
Betatron jest przykładem na to, iż w przypadku pól elektrycznych produkowanych przez indukcję potencjał elektryczny nie ma wielkiego znaczenia.
Na początku lat czterdziestych D.W. Kerst z University of Illinois zbudował nowy przyrząd rozpędzający jony - betatron. Złażony on jest z komory próżniowej w formie torusa ulokowanej pomiędzy nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej było umieszczone również źródło elektronów. Cewki zasilane prądem zmiennym indukują zmienne pole elektromagnetyczne między biegunami elektromagnesu. Pole rozpędza elektrony oraz równocześnie zatrzymuje je na orbicie kołowej. Powoduje to, że zanikają ograniczenia, które posiadał cyklotron. Nie powiększa się więc promień toru po którym krąży elektron.
Betatron, akcelerator indukcyjny, typ akceleratora cyklicznego, wykorzystywanego do przyspieszania elektronów. Przyspieszanie dochodzi na skutek wirowego pola elektrycznego, indukowanego przez zmienny strumień pola magnetycznego.
W betatronie elektrony przyspieszane są na stabilnej orbicie, cykl przyspieszania równy jest 1/4 okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. Pod koniec przyspieszania dodatkowy impuls pola nakierowuje elektrony na tarczę, gdzie na skutek promieniowania hamowania produkowane są wysokoenergetyczne fotony (kwanty promieniowania gamma).
Największe energie elektronów uzyskiwane w betatronie są rzędu 200 MeV. Stosowane są w fizyce jądrowej i w medycynie nuklearnej (do leczenia raka). Betaterapia, radioterapia wykorzystująca promieniowanie beta, produkowane przez specyficzny przyrząd betatron. Dostarczając do ciała promieniowanie beta, czyli elektrony, powodujemy bezpośrednio jonizację, która stanowi fizyczną podstawę biologicznego działania z grupy promieniowań nazwanego z tego powodu promieniowaniami jonizującymi. Jonizujące promieniowanie, typ promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie gamma albo promieniowanie rentgenowskie) i cząsteczek naładowanych (np. elektronów czyli cząsteczek beta, cząsteczek alfa, protonów, jonów itp.).
Cząsteczki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, w związku z czym przekazują część swojej energii elektronom ośrodka sprawiając jonizację.
Przy promieniowaniach elektromagnetycznych, np. rentgenowskim, jonizacja jest zjawiskiem wtórnym, które powstaje w napromienianym ciele na skutek tego promieniowania
Betatron jest przyrządem przyśpieszającym elektrony do dużych prędkości przez poddawanie ich działaniu indukowanych pól elektrycznych, produkowanych przy pomocy zmiennego strumienia magnetycznego. Jest to idealna ilustracja indukowanych pól. Wysokoenergetyczne elektrony wykorzystuje się przede wszystkim w kilku podstawowych analizach fizycznych i do uzyskiwania przenikliwych promieni Roentgena, stosowanych przy terapii nowotworowej oraz w przemyśle.
Niżej przedstawiony jest betatron, który daje elektrony o energii rzędu 100MeV. Prędkość elektronów o tej energii równa się 0,999986c, gdzie c jest prędkością światła. Zatem do badania ich zachowania niezbędne jest wykorzystanie mechaniki relatywistycznej.
Pole magnetyczne betatronu pełni wiele ciekawych funkcji:
a. zatrzymuje elektrony na torze kołowym
b. zmienne pole magnetyczne generujące pole elektryczne, które później przyspiesza te elektrony
c. powoduje stałość promienia orbity, po której przemieszczają się elektrony
d. wprowadza elektrony na orbitę i wyprowadza je z betatronu wówczas, gdy posiadają one już zadaną energię
e. Dostarcza siły, które zapewniają równowagę układu, która przeciwdziała tendencji elektronów do wydostawania się z orbity w kierunku pionowym albo radialnym.
Trzeba zwrócić uwagę, iż wszelkie te wymagania można dokonać przez właściwe ukształtowanie oraz regulację pola magnetycznego.
Na ilustracji poniżej szklana próżniowa komora troidalna, w środku której krążą elektrony, jest zdefiniowana przez R. orbita tych elektronów jest kołem, które leży w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny ilustracji. Elektrony wydostają się z tej płaszczyzny pod kątem prostym względem niej, z lewej strony ilustracji oraz wydostają się z prawej (X). W betatronie firmy General Electric Company promień orbity elektronów równa się 82 cm. Cewki C i 130-tonowy magnes produkują strumień magnetyczny, który przechodzi prze płaszczyznę orbity.
Prąd, który płynie w cewkach C, zmienia się okresowo 60razy/s, produkuje zmienny strumień, który przechodzi przez orbitę. Kiedy B skierowane jest do góry wówczas B uważamy za dodatnie. Ruch elektronów w konkretnym kierunku zachodzi podczas tego półokresu (ac) kiedy strumień jest dodatni. Elektrony są w tym momencie przyśpieszenie przez pole elektryczne produkowane przez zmienny strumień. Kierunek indukowanych pół elektrycznych uzależniony jest od znaku B /dt oraz powinien być tak dobrany, by elektrony były przyśpieszane, a nie opóźniane. A zatem jedynie połowa dodatniego półokresu może być stosowana do przyśpieszenia.
Betatron jest przykładem na to, iż w przypadku pól elektrycznych produkowanych przez indukcję potencjał elektryczny nie ma jakiegokolwiek znaczenia.
Z początkiem lat czterdziestych D.W. Kerst z University of Illinois zbudował nowy przyrząd rozpędzający jony - betatron. Złożony jest on się z komory próżniowej w formie torusa ulokowanej pomiędzy nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej umieszczone było się źródło elektronów. Cewki zasilane prądem zmiennym indukują zmienne pole elektromagnetyczne między biegunami elektromagnesu. Pole rozpędza elektrony oraz równocześnie zatrzymuje je na orbicie kołowej. Powoduje to, że znikają ograniczenie, które posiadał cyklotron. Nie powiększa się bowiem promień toru po którym krąży elektron
