مسرع جدار عازل
مسرع الجدار العازل ( DWA ) هو مفهوم مسرع جسيمات خطي صغير الحجم، صُمم وحصل على براءة اختراع [ 1 ] في أواخر التسعينيات، ويعمل عن طريق توليد موجة كهرومغناطيسية متحركة في أنبوب مصنوع في معظمه من مادة عازلة . ويكمن الاختلاف المفاهيمي الرئيسي بينه وبين نظام المسرع الخطي التقليدي ذي القرص المحمل في الجدار العازل الإضافي وبنية الموصل.
تشمل الاستخدامات المحتملة لهذا المفهوم تطبيقه في العلاج الإشعاعي الخارجي (EBRT) باستخدام البروتونات أو الأيونات .
عملية
يُوفر مصدر طاقة خارجي يعمل بالتيار المتردد موجة كهرومغناطيسية تُنقل إلى أنبوب المُسرِّع باستخدام دليل موجي . ويتم تشغيل مصدر الطاقة لفترة قصيرة جدًا (تشغيل نبضي). [ 2 ]
يُولد الحث الكهرومغناطيسي مجالًا كهربائيًا متحركًا ، يُسرّع الجسيمات المشحونة. تتداخل الموجة المتحركة مع مواقع الجسيمات المشحونة، مما يؤدي إلى تسارعها داخل الأنبوب أثناء مرورها عبر قناة التفريغ. [ 2 ] يكون المجال داخل الأنبوب سالبًا أمام البروتون مباشرةً وموجبًا خلفه مباشرةً. ولأن البروتونات مشحونة بشحنة موجبة، فإنها تتسارع باتجاه القطب السالب وتبتعد عن القطب الموجب. يقوم مصدر الطاقة بعكس قطبية الأجزاء، بحيث تبقى متزامنة مع البروتون المار.
بناء
أنبوب المُسرِّع مصنوع من صفائح من السيليكا المنصهرة ، بسماكة 250 ميكرومتر فقط . بعد الصقل، تُغطى الصفائح بطبقة من الكروم بسماكة 0.5 ميكرومتر، ثم بطبقة من الذهب بسماكة 2.5 ميكرومتر. تُكدَّس حوالي 80 طبقة من الصفائح معًا، ثم تُسخَّن في فرن لحام، حيث تندمج معًا. بعد ذلك، يُشكَّل هذا التجميع المُكدَّس على هيئة أسطوانة مجوفة. السيليكا المنصهرة عبارة عن زجاج كوارتز شفاف نقي، وهو مادة عازلة، ولهذا يُطلق على الجهاز اسم "مُسرِّع الجدار العازل".
يُظهر رسم تخطيطي لإحدى وحدات المُسرِّع المُجمَّعة في رسم براءة الاختراع. يبلغ طول الوحدة حوالي 3 سم، ويتجه الشعاع لأعلى. يظهر الجدار العازل كعنصر رقم 81. وهو مُحاط بجهاز لتوليد النبضات يُسمى بلوملين . في الشكل 8أ، يقوم مصدر الطاقة بشحن البلوملين. في الشكل 8ب، تُغلق مفاتيح كربيد السيليكون المُحيطة بالبلوملين، مما يُؤدي إلى قصر حافة البلوملين. تندفع الطاقة المُخزَّنة في البلوملين نحو الجدار العازل على شكل نبضة جهد عالٍ.
الاستخدام في العلاج بالبروتونات
تتمتع مسرعات الجدار العازل بإمكانية استبدال مسرعات البروتونات المستخدمة حاليًا في العلاج الإشعاعي، نظرًا لصغر حجمها ومزاياها من حيث التكلفة وانخفاض متطلبات الحماية.
المزايا والعيوب
يتناول مشروع DWA [ 3 ] المشكلتين الرئيسيتين في أنظمة العلاج البروتوني الحالية ، وهما التكلفة والحجم. فبحسب طاقة الحزمة النهائية المطلوبة ، قد تتطلب حلول المسرعات الطبية التقليدية ( السيكلوترونات والسينكروترونات الصغيرة ) تكاليف باهظة ومساحة كبيرة، وهو ما يمكن تجاوزه باستخدام DWA. ويُقدّر سعر DWA بحوالي 20 مليون دولار أمريكي .
من المتوقع أن تصل تدرجات التسارع في موجات DWA إلى حوالي 100 ميجا فولت/متر. [ 2 ]
يُعدّ هذا النظام نسخةً مُطوّرة من جهاز تابع لوزارة الطاقة الأمريكية لفحص الأسلحة النووية. ويتطلب هذا النظام العديد من التطورات الجديدة نظرًا للطاقات العالية، مثل استخدام عوازل ذات تدرج عالٍ. [ 4 ] ويلزم وجود مفتاح ضوئي موصل ذي فجوة نطاق واسعة ، تبلغ حوالي 4000. كما يتطلب النظام بلمرة بلوملين متناظرة ، بعرض نموذجي يبلغ 1 مم.
مراجع
- ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 5811944 ، سامبايان، إس إي؛ كابوراسو، جي جي؛ كيربي، إتش سي، " مسرع خطي مُحسَّن ذو جدار عازل "، صدرت في 22 سبتمبر 1998
- 1 2 3 جيرمي إن إيه ماثيوز (مارس 2009). "تصغير حجم المسرعات لتلبية الطلب المتزايد على العلاج بالبروتونات" . مجلة الفيزياء اليوم . 62 (3): 22-24 . Bibcode : 2009PhT....62c..22M . doi : 10.1063/1.3099570 .
- ↑ داي، زيمين (2013). "تطوير مُسرِّع الجدار العازل" (ملف PDF) . وقائع مؤتمر IPAC2013، شنغهاي، الصين . الصفحات 3115-3117 . ISBN 978-3-95450-122-9.
- ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 6331194 ، سامبايان، ستيفن، " عملية تصنيع أسطوانة عازلة مجوفة من السيليكا المنصهرة "، صدرت في 18 ديسمبر 2001
روابط خارجية
- مسرع الجدار العازل ، بقلم جي جي كابوراسو، واي جي تشين، إس إي سامبايان، 3 سبتمبر 2009، مراجعات علوم وتكنولوجيا المسرعات
- ورشة عمل تصميم مصادم الميونات باستخدام مسرعات ذات جدران عازلة عالية التدرج ، 8-12 ديسمبر 2008، مختبر توماس جيفرسون الوطني
- مسرعات الحث الإلكتروني ذات التيار العالي للغاية، فيزياء اليوم [0031-9228]، كابيتاناكوس، سي، السنة: 1985، المجلد: 38، العدد: 2، الصفحة: 58
- براءة اختراع أمريكية رقم 7924121، خطوط نقل شعاعية خالية من التشتت، 12 أبريل 2011
- فيزياء المسرع