Nguyên lý cấu tạo và hoạt động
của một số máy gia tốc hạt
(tiếp theo)
VI. Máy gia tốc microtron
VII. Máy phát nơtron
 Nguyên lý chung
− Trong microtron các hạt được gia tốc chuyển động trong từ trường không
đổi và đồng nhất, việc gia tốc hạt diễn ra dưới tác dụng của điện trường
biến thiên có tần số không đổi.
− Microtron là máy gia tốc hạt tương đối tính theo nguyên lý đồng pha tự
động, chỉ phù hợp gia tốc các hạt nhẹ như electron và positron.
− Hạt chuyển động theo quỹ đạo tròn có một tiếp điểm chung.
− Tại tiếp điểm người ta đặt một hộp cộng hưởng mà điện trường siêu cao
tần gia tốc các điện tử. Hộp cộng hưởng được kích thích bằng một nguồn
dao động siêu cao tần công suất lớn. Đó là một đèn magnetron xung công
suất hàng trăm kW.
− Mỗi lần đi qua hộp cộng hưởng các điện tử nhận được một năng lượng
xác định E và sau đó bắt đầu chuyển động sang quỹ đạo tiếp theo. Khi
điện tử đạt đến quỹ đạo cuối cùng chúng được đưa ra khỏi buồng gia tốc
qua một kênh từ.
VI. Máy gia tốc Microtron
− Sự đồng bộ trong chuyển động của điện tử và sự thay đổi của điện trường
gia tốc siêu cao tần dựa trên sự thay đổi chu kỳ vòng quay sau mỗi quỹ
đạo một số nguyên của chu kỳ dao động siêu cao tần.
− Tỷ số thời gian quay vòng của hạt và chu kỳ điện trường gia tốc được gọi
là "bội số chế độ gia tốc" .
− Chu kỳ vòng quay của hạt trong từ trường B sau n vòng là:
ecB
E
T
n

trong đó: ,  là các số nguyên
(6.1)
(6.2)
- Khi điều kiện đồng bộ thỏa mãn, điện tử đi qua hộp cộng hưởng cùng pha
với trường siêu cao.
- Chu kỳ của siêu cao tần trong hộp cộng hưởng.
0
0
0
2
ecB
E
T


- Ta có:






00
// BBEE
trong đó E
0
= mc
2
là năng lượng dừng của hạt. Đối với điện tử E
0

Gọi  là năng lượng toàn phần tính bằng năng lượng dừng, năng lượng
tương đối của điện tử trên quỹ đạo thứ n bằng :






n
n 1
- Như vậy năng lượng toàn phần chỉ phụ thuộc vào số quỹ đạo và cường độ
từ trường.
- Trong các máy gia tốc khác sự gia tăng năng lượng qua một vòng quay là
rất nhỏ, vì vậy số vòng quay là rất lớn, với microtron số vòng quay nhỏ hơn
đáng kể và thường không vượt quá 60.
- Khi ~1 cường độ điện trường gia tốc gần bằng cường độ từ trường B.
(6.7)
(6.8)
(6.9)
- Độ gia tăng đường kính quỹ đạo hạt:


D
- Microtron cho chùm electron với cường độ cao, độ phân tán nhỏ và phân
giải năng lượng rất tốt.
(6.10)
1
2
5
3

+ Hộp cộng hưởng:
- Hộp cộng hưởng là một bộ phận rất cơ bản của Microtron, các điện tử
được phát ra và đưa vào gia tốc sau đó lại hội tụ tăng thêm năng lượng
đều thông qua hộp cộng hưởng.
- Hộp cộng hưởng thường được chế tạo bằng Cu nguyên chất, hoạt động
của hộp cộng hưởng đòi hỏi điều kiện chân không cao, thường khoảng
2x10
-6
mmHg.
+ Nguồn phát xạ electron:
- Thường là súng phóng điện tử (electron gun) với catot làm bằng chất LaB
6
.
- Nguồn phát electron lắp trực tiếp trong buồng gia tốc và gắn với hộp cộng
hưởng.
- LaB
6
là một hợp chất rắn có dạng tinh thể nhỏ, nhiệt độ nóng chảy 2200
0
C,
có độ dẫn điện cao và hiệu suất phát xạ điện tử lớn và ổn định trong điện
trường xoay chiều cường độ lớn.
- Trong điện trường của hộp cộng hưởng Microtron mật độ dòng phát xạ đạt
đến 100-200 A/cm
2.
- Để đốt nóng các nguồn phát electron cần dùng dòng điện có cường độ lên
đến 50 A .
+ Nguồn phát sóng cao tần:
- Hệ siêu cao tần của Microtron bao gồm nguồn phát sóng, ống dẫn sóng và
hộp cộng hưởng.

− Các nam châm uốn dòng 180
0
đặt đối diện nhau và cách nhau một khoảng
cách lớn so với kích thước của chúng .
− Các electron được đưa vào linac từ một súng bắn electron, đôi khi từ một
máy gia tốc sơ cấp khác.
- Điều kiện cộng hưởng:
E là năng lượng hạt nhận được qua hốc cộng hưởng RF, H là cường độ từ
trường lưỡng cực, 
RF
là bước sóng cao tần và n là số nguyên.
ecH
E
n
RF



2
- Điều kiện cộng hưởng: độ gia tăng quãng đường đi của hạt qua mỗi quỹ
đạo là một bội số nguyên của bước sóng.
- Có hai vấn đề với quỹ đạo đầu tiên của RTM:
+ Thứ nhất, bán kính quỹ đạo thứ nhất có thể không đủ lớn để có thể xem
như cấu trúc linac.
+ Thứ hai, các electron trong quỹ đạo thứ nhất có thể không đủ tương đối
tính, do đó cần sự hiệu chỉnh chiều dài quãng đường quỹ đạo thứ nhất.
- Các electron sau khi đi qua linac lần thứ nhất được thay thế bởi hệ thống
nam châm và sau đó phản xạ ngược trong linac bằng tứ cực chính.
(6.12)
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy gia tốc




n
i
i
diddn
EYEYEY
1
0
)(cos)()()(




n
i
i
diddn
EEEEEE
1
0
)(cos)()()(

(7.3)
(7.4)
Các giá trị Y
0
, Y
i

− Có hai loại máy phát: hút chân không liên tục hoặc hàn kín.
− Loại hút chân không liên tục thường sử dụng trong các phòng thí nghiệm
và có thể làm việc ở chế độ xung hoặc liên tục.
− Loại thứ hai cho dòng nơtron thông lượng thấp và thường ở chế độ xung,
được sử dụng nhiều tại hiện trường.
− Máy phát nơtron có thể cho suất lượng phát nơtron tới 10
12
n/giây.
− Nhược điểm của máy phát nơtron là hiện tượng suy giảm cường độ do
việc đốt nóng và ăn mòn bia.
− Đối với dòng 1 mA và điện áp 150 kV sau một thời gian hoạt động 115-
117 phút, cường độ nơtron giảm hai lần.
− Sử dụng bia có độ bền nhiệt cao hơn làm bằng Er, áp dụng phương pháp
tự động bão hòa bia và việc quay bia có thể làm tăng thời gian làm việc
của bia.
Các nguồn tạo nơtron năng lượng thấp hơn 14 MeV:
− Tán xạ đàn hồi và không đàn hồi của các nơtron 14 MeV trong
bia, giá để mẫu, không khí, ống đếm
− Nơtron từ phản ứng D-D.
− Đóng góp của các phản ứng gây bởi các ion
2
D
+
và
3
D
+
trong
trường hợp các hạt này không được tách ra hoàn toàn.
− Nhằm giảm ảnh hưởng của những nơtron đi kèm này bia cần