خط الشعاع

في فيزياء المسرعات ، يشير خط الحزمة إلى مسار حزمة الجسيمات، بما في ذلك البنية العامة لجزء المسار (أنابيب التوجيه، وأجهزة التشخيص) على طول مسار محدد في منشأة المسرع . هذا الجزء إما

• الخط الموجود في المعجل الخطي الذي تسير عليه حزمة من الجسيمات ، أو
• المسار المؤدي من مولد الجسيمات (مثل مسرع دوري، أو مصادر ضوء السنكروترون ، أو السيكلوترونات ، أو مصادر التفتت ) إلى المحطة التجريبية النهائية.

تنتهي خطوط الحزم عادةً في محطات تجريبية تستخدم حزم الجسيمات أو ضوء السنكروترون المُستمد من السنكروترون ، أو النيوترونات من مصدر التفتت أو مفاعل الأبحاث . تُستخدم خطوط الحزم في تجارب فيزياء الجسيمات ، وعلوم المواد ، وعلوم الحياة ، والكيمياء ، والبيولوجيا الجزيئية ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لاختبارات التشعيع أو لإنتاج النظائر.

في مسرعات الجسيمات، يُوضع خط الحزمة عادةً داخل نفق أو تحت الأرض، ويُغلّف بغلاف خرساني لأغراض الحماية. ويتكون خط الحزمة عادةً من أنبوب معدني أسطواني، يُسمى عادةً أنبوب الحزمة ، أو أنبوب الانجراف ، ويُفرّغ من الهواء إلى مستوى عالٍ من الفراغ بحيث تقل جزيئات الغاز في مسار حزمة الجسيمات المتسارعة، والتي قد تُشتتها قبل وصولها إلى وجهتها.

توجد أجهزة ومعدات متخصصة على خط الحزمة تُستخدم لإنتاج حزمة الجسيمات وصيانتها ومراقبتها وتسريعها. قد تكون هذه الأجهزة قريبة من خط الحزمة أو متصلة به مباشرةً. تشمل هذه الأجهزة محولات طاقة متطورة ، وأجهزة تشخيص (أجهزة مراقبة الموضع وماسحات سلكية )، وعدسات ، ومُجمِّعات ، ومزدوجات حرارية ، ومضخات أيونية ، ومقاييس أيونية ، وغرف أيونية (لأغراض التشخيص؛ تُسمى عادةً "أجهزة مراقبة الحزمة")، وصمامات تفريغ ("صمامات عزل")، وصمامات بوابة ، على سبيل المثال لا الحصر.

من الضروري محاذاة جميع أقسام خط الحزمة، والمغناطيسات، وما إلى ذلك (غالباً عن طريق مسح وفريق محاذاة باستخدام جهاز تتبع ليزري )، ويجب أن تكون خطوط الحزمة ضمن هامش خطأ بالميكرومتر . تساعد المحاذاة الجيدة على منع فقدان الحزمة، ومنع اصطدامها بجدران الأنابيب، مما قد يُسبب انبعاثات ثانوية و/أو إشعاعات .

فيما يتعلق بالمسرعات السنكروترونية ، قد يشير مصطلح "خط الحزمة" أيضًا إلى الأجهزة التي تنقل حزم إشعاع السنكروترون إلى محطة تجريبية نهائية، والتي تستخدم الإشعاع الناتج عن المغناطيسات المنحنية وأجهزة الإدخال في حلقة التخزين الخاصة بمرفق إشعاع السنكروترون . ومن التطبيقات الشائعة لهذا النوع من خطوط الحزم علم البلورات ، على الرغم من وجود العديد من التقنيات الأخرى التي تستخدم ضوء السنكروترون .

في منشأة السنكروترون الكبيرة، توجد العديد من خطوط الحزم، كل منها مُحسَّن لمجال بحثي مُحدد. وتعتمد الاختلافات على نوع جهاز الإدخال (الذي يُحدد بدوره شدة الإشعاع وتوزيعه الطيفي)؛ ومعدات تهيئة الحزمة؛ ومحطة التجارب النهائية. يبلغ طول خط الحزمة النموذجي في منشأة السنكروترون الحديثة من 25 إلى 100 متر من حلقة التخزين إلى محطة التجارب النهائية، وقد تصل تكلفته إلى ملايين الدولارات الأمريكية. لهذا السبب، غالبًا ما تُبنى منشأة السنكروترون على مراحل، حيث تُفتتح خطوط الحزم الأولى في اليوم الأول من التشغيل، وتُضاف خطوط حزم أخرى لاحقًا حسب توفر التمويل.

توجد عناصر خط الحزمة في حاويات واقية من الإشعاع، تُسمى " غرفًا "، وهي بحجم غرفة صغيرة. يتكون خط الحزمة النموذجي من غرفتين: غرفة بصرية لعناصر تهيئة الحزمة، وغرفة تجريبية لإجراء التجربة. تنتقل الحزمة بين الغرفتين في أنبوب نقل. يُمنع الدخول إلى الغرفتين عندما يكون مصراع الحزمة مفتوحًا، مما يسمح بدخول الإشعاع. ويتم تطبيق هذا الإجراء باستخدام أنظمة أمان متطورة ذات وظائف تعشيق احتياطية ، تضمن عدم وجود أي شخص داخل الغرفة عند تشغيل الإشعاع. كما يقوم نظام الأمان بإيقاف تشغيل حزمة الإشعاع إذا فُتح باب الغرفة عن طريق الخطأ أثناء تشغيل الحزمة. في هذه الحالة، يتم توجيه الحزمة المخزنة إلى هدف مصمم لامتصاص طاقتها واحتواءها.

تشمل العناصر التي يستخدمها الباحثون في خطوط الحزم لتكييف حزمة الإشعاع بين حلقة التخزين والمحطة النهائية ما يلي:

• النوافذ: تُستخدم النوافذ لفصل أقسام الفراغ العالي جدًا والفراغ العالي، ولإنهاء خط الحزمة. كما تُستخدم بين أقسام الفراغ العالي جدًا لتوفير الحماية من حوادث الفراغ. وتعمل الرقائق المستخدمة في غشاء النافذة أيضًا على تخفيف طيف الإشعاع في المنطقة التي تقل طاقتها عن 6 كيلو إلكترون فولت.

1- نوافذ البريليوم: تتوفر نوافذ البريليوم مبردة أو غير مبردة، بأحجام (وأعداد) مختلفة من فتحات النوافذ. تُصمم النوافذ لتناسب متطلبات محددة، إلا أن الحد الأقصى لحجم النافذة يتحدد بسماكة الرقاقة وفرق الضغط المطلوب تحمله. يمكن تزويد النوافذ بمجموعة متنوعة من أحجام حواف دخول/خروج الشعاع لتناسب متطلبات محددة. 2- نوافذ الماس المصنّع بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD): يتميز الماس المصنّع بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) بصلابة فائقة، وموصلية حرارية عالية ، وخمول كيميائي، وشفافية عالية عبر نطاق طيفي واسع جدًا. وهو أقوى وأكثر صلابة من البريليوم، مع تمدد حراري أقل وسمية أقل، مما يجعله مثاليًا لنوافذ العزل في الفراغ العالي جدًا في خطوط حزم الأشعة السينية. يمكن تزويد النوافذ مدمجة في حواف الفراغ العالي جدًا مع تبريد مائي فعال. 3- نوافذ الخروج: تتوفر نوافذ الخروج الفراغية بمجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك البريليوم والماس المصنّع بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) المذكورين أعلاه.

• الفتحات: تُستخدم الفتحات لتحديد مسار الشعاع أفقيًا أو رأسيًا. ويمكن استخدامها في أزواج لتحديد مسار الشعاع في كلا الاتجاهين. يتم اختيار أقصى حجم للفتحة بما يتناسب مع المتطلبات المحددة. تشمل الخيارات فتحات مبردة (لتشغيل الشعاع الأبيض) أو غير مبردة (لتشغيل الشعاع أحادي اللون)، بالإضافة إلى طلاء الفوسفور على الجانب الأمامي للفتحة للمساعدة في تحديد موقع الشعاع. هناك أربعة أنواع رئيسية من الفتحات: فتحات الشفرة، وفتحات الحمل الحراري العالي، وفتحات الخط، وفتحات الدقة العالية.
• المصاريع: تُستخدم مصاريع الحزمة لحجب الإشعاع من الطرف الأمامي أو حاويات البصريات عندما لا يكون مطلوبًا في اتجاه التدفق. ولها وظيفة أمان للمعدات والأفراد. وهناك ثلاثة أنواع من المصاريع: مصاريع الفوتون، ومصاريع الحزمة أحادية اللون، والمصاريع المصممة حسب الطلب.
• مرشحات الحزمة (أو المخففات): تعمل على إزالة نطاقات الطاقة غير المرغوب فيها من الحزمة عن طريق تمرير إشعاع السنكروترون الساقط عبر رقاقة رقيقة شفافة. تُستخدم هذه المرشحات عادةً للتحكم في الأحمال الحرارية للحزم البيضاء لتحسين أداء خط الحزمة وفقًا لطاقة التشغيل. يتكون المرشح النموذجي من رفّين أو ثلاثة، يحتوي كل رف على ثلاثة أو أربعة رقائق منفصلة، ​​وذلك حسب المقطع العرضي للحزمة.

• مرايا التركيز - مرآة واحدة أو أكثر، قد تكون مسطحة أو منحنية أو حلقية ، تساعد على تجميع (تركيز) الشعاع
• المونومرات اللونية - أجهزة تعتمد على حيود البلورات، حيث تقوم بانتقاء نطاقات أطوال موجية معينة وامتصاص أطوال موجية أخرى، وتكون أحيانًا قابلة للضبط على أطوال موجية متغيرة، وأحيانًا أخرى ثابتة على طول موجي معين.
• أنابيب التباعد - أنابيب تحافظ على الفراغ وتوفر المسافة المناسبة بين العناصر البصرية، وتحجب أي إشعاع متناثر
• مراحل العينات - لتثبيت ومعالجة العينة قيد الدراسة وإخضاعها لظروف خارجية مختلفة، مثل درجة الحرارة المتغيرة والضغط وما إلى ذلك.
• أجهزة الكشف عن الإشعاع - لقياس الإشعاع الذي تفاعل مع العينة

تتحكم مجموعة أجهزة تكييف الحزمة في الحمل الحراري (التسخين الناتج عن الحزمة) في المحطة النهائية، وطيف الإشعاع الساقط عليها، وتركيز الحزمة أو تضييقها. قد تحتاج الأجهزة الموجودة على طول خط الحزمة والتي تمتص طاقة كبيرة منها إلى تبريد فعال بالماء أو النيتروجين السائل . ويُحفظ خط الحزمة بالكامل عادةً تحت ظروف فراغ فائقة .

ظاهريًا، تختلف خطوط حزم النيوترونات عن خطوط حزم إشعاع السنكروترون في استخدامها للنيوترونات من مفاعل بحثي أو مصدر تفتت نووي بدلًا من الفوتونات. ولأن النيوترونات لا تحمل شحنة ويصعب إعادة توجيهها، فإن مكوناتها تختلف اختلافًا كبيرًا (انظر على سبيل المثال المروحيات أو المرايا الفائقة للنيوترونات). عادةً ما تقيس التجارب تشتت النيوترونات من العينة قيد الدراسة أو انتقال الطاقة إليها.

• شعاع أيوني
• التصنيف: مرافق النيوترونات
• كليسترون في الكهرباء

• ما هو خط شعاع السنكروترون؟ مؤرشف بتاريخ 3 يوليو 2022 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• ابحث عن خط شعاع السنكروترون الذي تحتاجه
• علم البلورات الجزيئية الكبيرة في السنكروترونات: مقدمة تاريخية