Ein geradliniges Partikel-Gaspedal (häufig verkürzt zu linac) ist ein Typ des Partikel-Gaspedals, das außerordentlich die Geschwindigkeit von beladenen subatomaren Partikeln oder Ionen durch das Unterwerfen der beladenen Partikeln einer Reihe vergrößert, elektrische Potenziale entlang einem geradlinigen beamline in Schwingungen zu versetzen; diese Methode der Partikel-Beschleunigung wurde von Leó Szilárd erfunden. Es wurde 1928 von Rolf Widerøe patentiert, der auch das erste betriebliche Gerät gebaut hat und unter Einfluss einer Veröffentlichung von Gustav Ising war.

Linacs haben viele Anwendungen: Sie erzeugen Röntgenstrahlen und hohe Energieelektronen zu medizinischen Zwecken in der Strahlentherapie, dienen als Partikel-Injektoren für Gaspedale der höheren Energie, und werden direkt verwendet, um diese höchste kinetische Energie für leichte Partikeln (Elektronen und Positrone) für die Partikel-Physik zu erreichen.

Das Design eines linac hängt vom Typ der Partikel ab, die beschleunigt wird: Elektronen, Protone oder Ionen. Linac erstrecken sich in der Größe von einer Kathode-Strahl-Tube (der ein Typ von linac ist) zum 2-Meilen-(3.2 km) langer linac am SLAC Nationalen Gaspedal-Laboratorium im Menlo Park, Kalifornien.

Aufbau und Operation

Ein geradliniges Partikel-Gaspedal besteht aus den folgenden Elementen:

• Die Partikel-Quelle. Das Design der Quelle hängt von der Partikel ab, die bewegt wird. Elektronen werden durch eine kalte Kathode, eine heiße Kathode, eine Photokathode oder Ion-Quellen der Radiofrequenz (RF) erzeugt. Protone werden in einer Ion-Quelle erzeugt, die viele verschiedene Designs haben kann. Wenn schwerere Partikeln beschleunigt werden sollen, (z.B Uran-Ionen), ist eine Spezialion-Quelle erforderlich.
• Eine Hochspannungsquelle für die anfängliche Einspritzung von Partikeln.
• Ein hohler Pfeife-Vakuumraum. Die Länge wird sich mit der Anwendung ändern. Wenn das Gerät für die Produktion von Röntgenstrahlen zur Ansicht oder Therapie verwendet wird, kann die Pfeife nur 0.5 zum 1.5 Meter lang sein. Wenn das Gerät ein Injektor für ein Synchrotron sein soll, kann es ungefähr zehn Meter lang sein. Wenn das Gerät als das primäre Gaspedal für Kernpartikel-Untersuchungen verwendet wird, kann es mehrere tausend Meter lang sein.
• Innerhalb des Raums werden elektrisch isolierte zylindrische Elektroden gelegt, wessen sich Länge mit der Entfernung entlang der Pfeife ändert. Die Länge jeder Elektrode wird durch die Frequenz und Macht der Triebkraft-Quelle und die Natur der Partikel beschlossen, mit kürzeren Segmenten in der Nähe von der Quelle und längeren Segmenten in der Nähe vom Ziel beschleunigt zu werden. Die Masse der Partikel hat eine große Wirkung auf die Länge der zylindrischen Elektroden; zum Beispiel ist ein Elektron beträchtlich leichter als ein Proton und wird allgemein so eine viel kleinere Abteilung von zylindrischen Elektroden verlangen, weil es sich sehr schnell beschleunigt. Ebenfalls, weil seine Masse so klein ist, haben Elektronen viel weniger kinetische Energie als Protone mit derselben Geschwindigkeit. Wegen der Möglichkeit von Elektronemissionen von hoch beladenen Oberflächen haben die im Gaspedal verwendeten Stromspannungen eine obere Grenze, so kann das nicht so einfach sein wie gerade zunehmende Stromspannung, um vergrößerte Masse zu vergleichen.
• Eine oder mehr Quellen der Radiofrequenzenergie, verwendet, um die zylindrischen Elektroden zu kräftigen. Ein sehr hohes Macht-Gaspedal wird eine Quelle für jede Elektrode verwenden. Die Quellen müssen an der genauen Macht, Frequenz und zum Partikel-Typ passenden Phase funktionieren, der zu beschleunigen ist, um maximale Gerät-Macht zu erhalten.
• Ein passendes Ziel. Wenn Elektronen beschleunigt werden, um Röntgenstrahlen dann zu erzeugen, ist ein Wasser kühl geworden Wolfram-Ziel wird verwendet. Verschiedene Zielmaterialien werden verwendet, wenn Protone oder andere Kerne abhängig von spezifischer Untersuchung beschleunigt werden. Für Partikel-zu-Partikel-Kollisionsuntersuchungen kann der Balken einem Paar von Lagerungsringen mit den Partikeln geleitet werden, die innerhalb des Rings durch magnetische Felder behalten sind. Die Balken können dann aus den Lagerungsringen herausgezogen werden, um Kopf auf Partikel-Kollisionen zu schaffen.

Da das Partikel-Bündel die Tube durchführt, ist es ungekünstelt (die Tube-Taten als ein Käfig von Faraday), während die Frequenz des Fahrsignals und der Abstand der Lücken zwischen Elektroden entworfen werden, so dass das maximale Stromspannungsdifferenzial erscheint, weil die Partikel die Lücke durchquert. Das beschleunigt die Partikel, Energie ihm in der Form der vergrößerten Geschwindigkeit gebend. Mit Geschwindigkeiten in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichtes wird die zusätzliche Geschwindigkeitszunahme mit der Energie klein sein, die als eine Zunahme in der Masse der Partikeln erscheint. In Teilen des Gaspedals, wo das vorkommt, werden die röhrenförmigen Elektrode-Längen fast unveränderlich sein.

• Zusätzliche magnetische oder elektrostatische Linse-Elemente können eingeschlossen werden, um sicherzustellen, dass der Balken im Zentrum der Pfeife und seiner Elektroden bleibt.
• Sehr lange Gaspedale können eine genaue Anordnung ihrer Bestandteile durch den Gebrauch von durch einen Laserbalken geführten Servosystemen aufrechterhalten.

Vorteile

Linacs des passenden Designs sind dazu fähig, schwere Ionen zu Energien zu beschleunigen, die diejenigen übertreffen, die in Ringtyp-Gaspedalen verfügbar sind, die durch die Kraft der magnetischen Felder beschränkt werden, die erforderlich sind, die Ionen auf einem gekrümmten Pfad aufrechtzuerhalten. Hohe Macht linacs wird auch für die Produktion von Elektronen mit relativistischen Geschwindigkeiten, erforderlich entwickelt, da schnelle Elektronen, die in einem Kreisbogen reisen, Energie durch die Synchrotron-Radiation verlieren werden; das beschränkt die maximale Macht, die Elektronen in einem Synchrotron der gegebenen Größe gegeben werden kann.

Linacs sind auch zur erstaunlichen Produktion fähig, einen fast dauernden Strom von Partikeln erzeugend, wohingegen ein Synchrotron nur die Partikeln zur genügend Energie regelmäßig erheben wird, einen "Schuss" am Ziel zu verdienen. (Das Platzen kann gehalten oder im Ring an der Energie versorgt werden, die experimentelle Elektronik-Zeit zu geben, um zu arbeiten, aber der durchschnittliche Produktionsstrom wird noch beschränkt.) Die hohe Speicherdichte der Produktion macht das linac besonders attraktive für den Gebrauch in ladenden Lagerungsringmöglichkeiten mit Partikeln in der Vorbereitung der Partikel zu Partikel-Kollisionen. Die hohe Massenproduktion macht auch das Gerät praktisch für die Produktion von Antimaterie-Partikeln, die allgemein schwierig sind, vorzuherrschen, nur ein kleine Bruchteil Kollisionsprodukte eines Ziels seiend. Diese können dann versorgt und weiter verwendet werden, um Vernichtung der Sache-Antimaterie zu studieren.

Medizinischer linacs

Die mit Sitz in Linac Strahlentherapie für die Krebs-Therapie hat mit der Behandlung des ersten Patienten 1953 in London im Hammersmith Krankenhaus mit einer 8-Megavolt-Maschine begonnen, die durch Hauptstädtischen Vickers als der erste hingebungsvolle medizinische linac gebaut ist. Eine kurze Zeit später 1955 wurden 6 Megavolt linac Therapie von einer verschiedenen Maschine in den Vereinigten Staaten verwendet.

Medizinischer Rang linacs beschleunigt Elektronen mit einem Wellenleiter der abgestimmten Höhle, in dem die RF Macht eine stehende Welle schafft. Einige linacs haben kurz, vertikal bestiegene Wellenleiter, während höhere Energiemaschinen dazu neigen, einen horizontalen, längeren Wellenleiter und einen sich biegenden Magnet zu haben, um den Balken vertikal zum Patienten zu drehen. Medizinische linacs verwenden monoenergische Elektronbalken zwischen 4 und 25 MeV, eine Röntgenstrahl-Produktion mit einem Spektrum von Energien bis zu und einschließlich der Elektronenergie gebend, wenn die Elektronen an einem dichten (wie Wolfram) Ziel geleitet werden. Die Elektronen oder Röntgenstrahlen können verwendet werden, um sowohl gütige als auch bösartige Krankheit zu behandeln. Die Zuverlässigkeit, Flexibilität und Genauigkeit des erzeugten Strahlenbalkens haben Kobalt-Therapie als ein Behandlungswerkzeug größtenteils verdrängt. Außerdem kann das Gerät einfach von wenn nicht im Gebrauch angetrieben werden; es gibt keine Quelle, die schwere Abschirmung verlangt - obwohl der anhaltende Gebrauch von hohen gerast ist (> 18 MeV), können Maschinen einen bedeutenden Betrag der Radiation innerhalb der Metallteile des Kopfs der Maschine veranlassen, nachdem die Macht zur Maschine entfernt worden ist (d. h. sie eine energische Quelle werden und die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen beobachtet werden müssen).

Nachteile

• Die Gerät-Länge beschränkt die Positionen, wohin einer gelegt werden kann.
• Eine große Zahl von Fahrer-Geräten und ihrem verbundenen Macht-Bedarf ist erforderlich, den Bau- und Wartungsaufwand dieses Teils vergrößernd.
• Wenn die Wände der beschleunigenden Höhlen daraus gemacht werden, normalerweise Material zu führen, und die beschleunigenden Felder groß sind, wandelt der spezifische Wandwiderstand elektrische Energie in die Hitze schnell um. Andererseits haben Supraleiter verschiedene Grenzen und sind für sehr große Gaspedale zu teuer. Deshalb werden hohe Energiegaspedale wie SLAC, dennoch das längste in der Welt (in seinen verschiedenen Generationen), in kurzen Pulsen geführt, die durchschnittliche aktuelle Produktion beschränkend und die experimentellen Entdecker zwingend, Daten zu behandeln, die in kurzen Brüchen kommen.

Kielwasser-Felder

Die Elektronen vom klystron bauen das Fahrfeld auf. Die gesteuerten Partikeln erzeugen auch ein Feld, genannt den wakefield. Für starken wakefields werden hohe Frequenzen verwendet, die auch höhere Feldkräfte erlauben. Ein kleiner dielektrisch geladener Wellenleiter oder verbundene Höhle-Wellenleiter werden statt großer Wellenleiter mit kleinen Antrieb-Tuben verwendet.

Am Ende sind alle Felder von einer Scheinlast oder Höhle-Verlusten gefesselt.

Siehe auch

• Gaspedal-Physik
• Balken-Linie
• CERN
• Kompakter geradliniger Collider
• Duoplasmatron
• Elektromagnetismus
• Internationaler geradliniger Collider
• Los Alamos Neutron Science Center
• Liste von Partikeln
• Partikel-Gaspedal
• Partikel-Balken
• Partikel-Physik
• Quadrupol-Magnet
• SLAC nationales Gaspedal-Laboratorium
• Das Superleiten der Radiofrequenz

Links

• Geradliniges Partikel-Gaspedal (LINAC) Zeichentrickfilm durch Ionactive
• 2MV Tandetron geradliniges Partikel-Gaspedal in Ljubljana, Slowenien