طراحی و شبیه سازی شتاب دهنده سیکلوترونی

سیکلوترون ها یکی از انواع شتاب دهنده های دایره ای به شمار می آیند که در آن از میدان الکتریکی جهت شتاب دادن، و از میدان مغناطیسی جهت هدایت ذرات در مسیر دایره ای استفاده می شود. سیکلوترون معمولاً برای شتاب دادن به پروتون و هسته ی هلیوم مورد استفاده قرار می گیرد. این شتاب دهنده ها شامل اجزای اصلی چون الکترومگنت، چشمه ی یونی، سیستم خلأ و سیستم فرکانس رادیویی هستند. هم اکنون در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه صنعتی اصفهان و با همکاری دانشکده ی فیزیک طرح ساخت یک شتاب دهنده ی سیکلوترونی در حال انجام است. موضوع این پایان نامه در راستای طراحی اجزایی از این ماشین و شبیه سازی میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و مسیر حرکت ذره می باشد. اتاقک خلأ و درگاه های آن طراحی و سپس مراحل ساخت آن ها تکمیل شد. مسافت آزاد میانگین برای گاز هیدروژن محاسبه شد و با استفاده از آن خلأ مورد نیاز برای شتاب دادن به پروتون به دست آمد، و در ادامه مروری بر روش های ایجاد خلأ و اندازه گیری آن داشتیم. با حل معادلات حرکت ذره، مسیر آن در صفحه ی x-y مشخص شد و با استفاده از آن تخمینی از مقدار پارامترهای ضروری به دست آمد، مانند شعاع لوله ی هدایت یون. میدان الکتریکی در داخل اتاقک خلأ با استفاده از کد poisson superfish شبیه سازی شد و با استفاده از نتایج آن، طراحی بهینه ی اجزای داخل اتاقک انجام شد. مروری بر سیستم فرکانس رادیویی سیکلوترون داشتیم و اثرات ولتاژ بر شتاب ذره مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و در انتها با استفاده از کد psf و برنامه ی sf7 به طور کامل میدان مغناطیسی شبیه سازی شد و اثرات مختلف آن بر حرکت ذره و پایداری آن مورد بررسی قرار گرفت.