Betatron, akcelerator indukcyjny, typ akceleratora cyklicznego, który służy do przyspieszania elektronów. Przyspieszanie następuje na skutek wirowego pola elektrycznego, indukowanego przez zmienny strumień pola magnetycznego.
W betatronie elektrony przyspieszane są na stabilnej orbicie, cykl przyspieszania równy jest jednaj czwartej okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. Pod koniec przyspieszania dodatkowy impuls pola skierowany zostaje na tarczę, gdzie na skutek promieniowania hamowania produkowane są wysokoenergetyczne fotony (kwanty promieniowania gamma).
Największe energie elektronów uzyskiwane w betatronie osiągają dwieście MeV. Stosowane są w fizyce jądrowej i w medycynie nuklearnej (do terapii nowotworowej). Betaterapia, radioterapia wykorzystująca promieniowanie (beta), produkowane przez specjalny aparat betatron. Doprowadzając do ciała promieniowanie beta, zatem elektrony, powodujemy od razu jonizację, która jest fizyczną podstawę biologicznego wpływu z grupy promieniowań zwanych z tego powodu promieniowaniami jonizującymi. Jonizujące promieniowanie, typ promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie gamma albo promieniowanie rentgenowskie) lub cząsteczek naładowanych (np. elektronów zatem cząsteczek beta, cząsteczek alfa, protonów, jonów itp.).
Cząsteczki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, przez co przekazują część swej 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 maszyną przyśpieszającym elektrony do ogromnych prędkości przez poddawanie ich działaniu indukowanych pól elektrycznych, produkowanych przy pomocy zmiennego strumienia magnetycznego. Jest to bardzo dobra ilustracja indukowanych pól. Wysokoenergetyczne elektrony wykorzystuje się w kilku głównych analizach fizycznych i do utrzymywania wnikliwych promieni Roentgena, użytecznych przy leczeniu raka oraz w przemyśle.
Poniżej widzimy betatron, który daje elektrony o energii 100MeV. Szybkość elektronów o tej energii równa jest 0,999986c, gdzie c jest prędkością światła. W związku z tym do badania ich zachowania niezbędne jest wykorzystanie mechaniki relatywistycznej.
Pole magnetyczne betatronu spełnia wiele funkcji:
a. Utrzymuje elektrony na torze kołowym
b. Zmienne pole magnetyczne generujące pole elektryczne, które następnie przyspiesza te elektrony
c. Zapewnia stałość promienia orbity, po której zasadniczo przemieszczają się elektrony
d. Wprowadza elektrony na orbitę oraz wyprowadza je z betatronu wówczas, kiedy posiadają już one żądaną energię
e. Dostarcza siły, która zapewnia równowagę układu, która przeciwdziała tendencji elektronów do opuszczania orbity w kierunku pionowym albo radialnym.
Warto zauważyć, iż wszelkie te wymagania da się zrealizować przez właściwe ukształtowanie oraz regulację pola magnetycznego.
Na obrazku niżej szklana próżniowa komora troidalna, w środku której przemieszczają się elektrony, jest definiowana przez R. Orbita tych elektronów jest kołem które leży w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny ilustracji. Elektrony wychodzą z tej płaszczyzny pod kątem prostym względem niej, z lewej strony ilustracji oraz wychodzą z prawej (X). W betatronie firmy General Electric Company promień orbity elektronów równy jest 82 cm. Cewki C i 130-tonowy magnes produkują strumień magnetyczny, który przechodzi prze płaszczyznę orbity.
Prąd jaki płynie w cewkach C, zmienia się okresowo 60razy/s, produkuje zmienny strumień który pochodzi przez orbitę. Kiedy B nakierujemy do góry wówczas B uważamy za dodatnie. Ruch elektronów w pokazanym kierunku odbywa się podczas tego półokresu (ac) wtedy strumień jest dodatni. Elektrony są w tym momencie przyśpieszenie przez pole elektryczne produkowane przez zmienny strumień. Kierunek indukowanych pół elektrycznych uzależniony jest od znaku dB /dt oraz koniecznie musi być tak dobrany, by elektrony były przyśpieszane, natomiast nie opóźniane. A zatem jedynie połowa dodatniego półokresu może być stosowana do przyśpieszenia.
Betatron dostarcza przykładu na to, iż w momencie pól elektrycznych produkowanych przez indukcję potencjał elektryczny nie ma żadnego znaczenia.
Na początku lat 40-stych D.W. Kerst z University of Illinois zbudował nową maszynę rozpędzającą jony - betatron. Złożony on był z komory próżniowej w formie torusa ulokowanej pomiędzy nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej było źródło elektronów. Cewki zasilane prądem zmiennym indukują zmienne pole elektromagnetyczne między biegunami elektromagnesu. Pole rozpędza elektrony oraz równocześnie utrzymuje je na orbicie kołowej. Dzięki temu zanikają ograniczenie, które posiadał cyklotron. Nie powiększa się bowiem promień toru po którym porusza się elektron.
Betatron, akcelerator indukcyjny, typ akceleratora cyklicznego, który służy do przyspieszania elektronów. Przyspieszanie nastąpi na skutek wirowego pola elektrycznego, indukowanego przez zmienny strumień pola magnetycznego.
W betatronie elektrony przyspieszane są na stabilnej orbicie, cykl przyspieszania równy jest jednej czwartej okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. Pod koniec przyspieszania dodatkowy impuls pola nakieruje elektrony na tarczę, gdzie na skutek promieniowania hamowania produkowane są wysokoenergetyczne fotony (kwanty promieniowania gamma).
Największe energie elektronów uzyskiwane są w betatronie i uzyskują one wartości 200 MeV. Stosowane są w fizyce jądrowej i w medycynie nuklearnej (do terapii nowotworowej). Betaterapia, radioterapia wykorzystującą promieniowanie (beta), produkowane jest przez specyficzny aparat betatron. Doprowadzjąc do ciała promieniowanie beta, zatem elektrony, powodujemy od razu jonizację, która jest fizyczną podstawą biologicznego działania z grupy promieniowań zwanych z tego powodu promieniowaniami jonizującymi. Jonizujące promieniowanie, typ promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie gamma albo promieniowanie rentgenowskie) lub cząsteczek naładowanych (np. elektronów czyli cząsteczek beta, cząsteczek, cząsteczek alfa, protonów, jonów itp.).
Cząsteczki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, przez co wskazują część swojej energii elektronom ośrodka sprawiając jonizację.
Przy promieniowaniach elektromagnetycznych, np. rentgenowskim, jonizacja jest zjawiskiem wtórnym, które pojawia się w napromienianym ciele na skutek tego promieniowania
Betatron jest przyrządem przyśpieszającym elektrony do ogromnych prędkości przez poddawanie ich wpływowi indukowanych pól elektrycznych, produkowanych przy pomocy zmiennego strumienia magnetycznego. Jest to bardzo dobra ilustracja indukowanych pól. Wysokoenergetyczne elektrony wykorzystuje się w kilku podstawowych analizach fizycznych i do uzyskiwania przenikliwych promieni Roentgena, użytecznych przy leczeniu raka oraz w przemyśle.
Poniżej zauważyć możemy betatron który daje elektrony o energii 100MeV. Szybkość elektronów o takiej energii równy jest 0,999986c, gdzie c jest prędkością światła. W związku z tym do badania ich zachowania niezbędne jest wykorzystanie mechaniki relatywistycznej.
Pole magnetyczne betatronu spełnia wiele funkcji:
a. Utrzymuje elektrony na torze kołowym
b. Zmienne pole magnetyczne generujące pole elektryczne, które później przyśpiesz te elektrony
c. Zapewnia stałość promienia orbity, po której zasadniczo przemieszczają się elektrony
d. Doprowadza się elektrony na orbitę i wyprowadza je z betatronu wówczas, kiedy posiadają już one żądaną energię
e. Dostarcza siły, które zapewniają równowagę układu, która przeciwdziała tendencji elektronów do opuszczania orbity w kierunku pionowym albo radialnym.
Warto wspomnieć również, iż wszelkie te wymagania da się zrealizować przez dobre ukształtowanie oraz regulację pola magnetycznego.
Na ilustracji niżej szklana próżniowa komora troidalna, w środku której przemieszczają się 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 wychodzą z prawej (X). W betatronie firmy General Electric Company promień orbity elektronów równy jest 82 cm. Cewki C i 130-tonowy magnes produkują strumień magnetyczny który przechodzi prze płaszczyznę orbity.
Prąd jaki płynie w cewkach C, zmienia się w sposób okresowy 60razy/s, produkuje zmienny strumień który przechodzi przez orbitę. W momencie kiedy B nakierowane jest do góry wówczas B przyjmujemy że jest dodatnie. Ruch elektronów we wskazanym 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 dB /dt oraz koniecznie musi być tak dobrany, by elektrony były przyśpieszane, a nie opóźniane. A zatem jedynie połowa dodatniego półokresu może być stosowana do przyśpieszenia.
Betatron dostarcza przykładu na to, iż w przypadku pól elektrycznych produkowanych przez indukcję potencjał elektryczny nie ma istotnego znaczenia.
Na początku lat 40-stych D.W. Kerst z University of Illinois zbudował nową maszynę rozpędzającą jony - betatron. Złożony on był z komory próżniowej w formie torusa ulokowanej pomiędzy nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej było źródło elektronów. Cewki zasilane prądem zmiennym indukują zmienne pole elektromagnetyczne między biegunami elektromagnesu. Pole rozpędza elektrony oraz równocześnie utrzymuje je na orbicie kołowej. Dzięki temu zanikają ograniczenie, które posiadał cyklotron. Nie powiększa się bowiem promień toru po którym przemieszczają się elektron.
Betatron, akcelerator indukcyjny, typ akceleratora cyklicznego, który służy 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 równe jest jednej czwartej okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. Pod koniec przyspieszania dodatkowy impuls pola kieruje elektrony na tarczę, gdzie na skutek promieniowania hamowania produkowane są wysokoenergetyczne fotony (kwanty promieniowania gamma).
Największe energie elektronów uzyskiwane są w betatronie, uzyskują one energie rzędu 200 MeV. Stosowane są w fizyce jądrowej i w medycynie nuklearnej (do terapii nowotworowej). Betaterapia, radioterapia wykorzystująca promieniowanie (beta), produkowane przez specjalny aparat betatron. Gdy wprowadzimy do ciała promieniowanie beta, zatem elektrony, spowodujemy bezpośrednio jonizację, która stanowi 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) lub cząsteczek naładowanych (np. elektronów zatem cząsteczek beta, cząsteczek alfa, protonów, jonów itp.).
Cząsteczki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, przez co przekazują część swej 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 maszyną przyśpieszającą elektrony do ogromnych prędkości przez poddawanie ich działaniu indukowanych pól elektrycznych, produkowanych przy pomocy zmiennego strumienia magnetycznego. Jest to bardzo dobra ilustracja indukowanych pól. Wysokoenergetyczne elektrony wykorzystuje się w kilku głównych analizach fizycznych i do uzyskiwania przenikliwych promieni Roentgena, użytecznych przy leczeniu raka oraz w przemyśle.
Poniżej możemy zauważyć betatron który daje elektrony o energii 100MeV. Szybkość elektronów o takiej energii równy jest 0,999986c, gdzie c jest prędkością światła. W związku z tym do badania ich zachowania niezbędne jest wykorzystanie mechaniki relatywistycznej.
Pole magnetyczne betatronu spełnia wiele funkcji:
a. Utrzymuje elektrony na torze kołowym
b. Zmienne pole magnetyczne generujące pole elektryczne, które następnie przyspiesza te elektrony
c. Zapewnia stałość promienia orbity, po której zasadniczo przemieszczają się elektrony
d. Wprowadza elektrony na orbitę oraz wyprowadza je z betatronu wówczas, kiedy posiadają już one żądaną energię
e. Dostarcza siły, która zapewnia równowagę układu, która przeciwdziała tendencji elektronów do opuszczania orbity w kierunku pionowym albo radialnym.
Warto zauważyć, iż wszelkie te wymagania da się zrealizować przez właściwe ukształtowanie oraz regulację pola magnetycznego.
Na obrazku niżej szklana próżniowa komora troidalna, w środku której przemieszczają się elektrony, jest definiowana przez R. Orbita tych elektronów jest kołem które leży w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny ilustracji. Elektrony wychodzą z tej płaszczyzny pod kątem prostym względem niej, z lewej strony ilustracji oraz wychodzą z prawej (X). W betatronie firmy General Electric Company promień orbity elektronów równy jest 82 cm. Cewki C i 130-tonowy magnes produkują strumień magnetyczny, który przechodzi prze płaszczyznę orbity.
Prąd jaki płynie w cewkach C, zmienia się okresowo 60razy/s, produkuje zmienny strumień który pochodzi przez orbitę. Kiedy B nakierujemy do góry wówczas B uważamy za dodatnie. Ruch elektronów w pokazanym kierunku odbywa się podczas tego półokresu (ac) wtedy strumień jest dodatni. Elektrony są w tym momencie przyśpieszenie przez pole elektryczne produkowane przez zmienny strumień. Kierunek indukowanych pół elektrycznych uzależniony jest od znaku dB /dt oraz koniecznie musi być tak dobrany, by elektrony były przyśpieszane, natomiast nie opóźniane. A zatem jedynie połowa dodatniego półokresu może być stosowana do przyśpieszenia.
Betatron dostarcza przykładu na to, iż w momencie pól elektrycznych produkowanych przez indukcję potencjał elektryczny nie ma żadnego znaczenia.
Na początku lat 40-stych D.W. Kerst z University of Illinois zbudował nową maszynę rozpędzającą jony - betatron. Złożony on był z komory próżniowej w formie torusa ulokowanej pomiędzy nadbiegunnikami bardzo silnego elektromagnesu. W komorze tej było źródło elektronów. Cewki zasilane prądem zmiennym indukują zmienne pole elektromagnetyczne między biegunami elektromagnesu. Pole rozpędza elektrony oraz równocześnie utrzymuje je na orbicie kołowej. Dzięki temu zanikają ograniczenie, które posiadał cyklotron. Nie powiększa się bowiem promień toru po którym porusza się elektron.
