بررسی پیشروی باریکه الکترونی در شتاب دهنده رودوترون

در این پایان نامه سطح مقطع و گسیلش باریکه الکترون تحت تأثیر میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در مسیر شتاب گیری درون شتاب دهنده رودوترون با استفاده از نرم افزار شبیه ساز سه بعدی simion7.0 طراحی و شبیه سازی شده است. مسیر عبوری باریکه الکترون شامل عبور الکترون از درون محفظه شتاب یا میدان الکتریکی طی چندین مرحله می باشد که در هر مرحله mev 1 به انرژی باریکه افزوده می شود تا در نهایت به انرژی 10mev برسد. و همچنین عبور باریکه در مغناطیس های خم کننده اطراف محفظه شتاب به منظور چرخش باریکه بدون کسب انرژی و تنها جهت تزریق مجدد باریکه به محفظه شتاب است. و لذا میدان های الکتریکی درون محفظه شتاب و میدان های مغناطیسی درون مغناطیس های خم کننده در نرم افزار شبیه سازی شدند و باریکه الکترونی درون آن ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و از نتایج هر مرحله در مرحله ی بعدی استفاده گردید. از این طریق داده های خروجی مربوط به مرحله نهایی به دست آمد. ما در این طرح قصد داریم تا سطح مقطع و پیش روی باریکه الکترونی را در رودوترون ده میلیون الکترون ولتی مرکز پرتو فرآیند (پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده کاربرد پرتوها) یزد، سازمان انرژی اتمی که در نزدیکی شهرستان تفت واقع شده است بررسی کنیم . البته قسمتی از این کار را با شبیه سازی الکترودها و قطبهای مولد میدان های الکتریکی و مغناطیسی، ترتیب اثر دادن این میدان ها بر یون ها، و تعیین مسیر باریکه، به منظور به دست آوردن مشخصات آن در پایان هر مرحله، انجام می دهیم. سپس اطلاعات به دست آمده از محاسبه نرم افزاری را با داده های عملی مقایسه کرده و چنانچه به توافق مناسبی دست بیابیم، آن را به دیگر مرحله ها تعمیم داده و برای محاسبات از آن استفاده می کنیم. همچنین می توان از این داده ها برای طراحی و شبیه سازی مسیر باریکه، (قبل از تولید توسط دستگاه شتاب دهنده، یعنی وقتی که هنوز شتاب دهنده وجود خارجی ندارد) از آن استفاده نمود. کلیه این شبیه سازی ها توسط نرم افزار شبیه ساز simion 3d 7.0 صورت گرفت. درشتاب دهنده رودترون میدان الکتریکی توسط امواج الکترومغناطیسی با یک زمان بندی مناسب در محفظه ی شتاب ایجاد شده و الکترون های تولید شده توسط تفنگ الکترونی با عبور از قطر محفظه شتاب تحت اثر این میدان تا انرژی 1mevشتاب می گیرند و میدان های مغناطیسی در مغناطیس های خم کننده اطراف محفظه شتاب مجدداً الکترون ها راجهت شتاب بیشتر به این محفظه برمی گردند به طوری که در هر مرحله 1mev به انرژی الکترون افزوده می شود، تا در نهایت به انرژی 10mev برسند. به دلیل سبکی الکترون سرعت این ذره در ان‍رژی های بالاتر از 1mev در حد سرعت نور بوده و تمام معادلات باید به صورت نسبیتی در نظر گرفته شوند. روش های محاسباتی و آزمایشی گوناگونی برای تحلیل حرکت اکترون تحت اثر میدان های مغناطیسی و الکتریکی وجود دارد که خود شامل شیوه های تحلیلی و عددی مختلف هستند. در یک تحلیل می توان باریکه الکترون را با نور شبیه سازی کرد و از قوانین مربوط به نور هندسی یا اصطلاحا" beam optics (نورشناسی هندسی باریکه) استفاده کرد. و در این روش هر ابزار الکتریکی یا مغناطیسی موثر بر باریکه را با یک ماتریس تبدیل یا انتقال در محاسبات وارد میکنند و تغییرات پرتوی یونی را با احتساب تغییر مختصات آن به دست می آورند. که نیازمند وقت و دقت بالا است لذا از روش های راحت تر تحلیل نرم افزاری استفاده می-شود که در این زمینه می توان به نرم افزارهای beam transport code و یاcst particle beam و نرم افزار simion اشاره کرد، که در این طرح نرم افزار simion7 مورد استفاده قرار گرفته است. این برنامه برای شبیه سازی تصویری و عددی و کارهای محاسباتی مربوط به میدان های الکتریکی و مغناطیسی طراحی شده است و برای انجام محاسبات از روش های عددی به همراه معادلات ماکسول بهره می گیرد.