Báo cáo y học hạt nhân và kĩ thuật xạ trị đề tài Lí thuyết động học của electron tring Klystron

Giới thiệu Klystron là một thiết bị quan trọng trong máy gia tốc tuyến tính. Nó có chức năng tạo ra vi sóng công suất lớn để gia tốc chùm điện tử. Ở trong bài báo cáo này, em đề cập tới quá trình điện tử đi trong Klystron, cụ thể ở đây là khoang tạo búi. Các công thức, phương trình thể hiện sự chuyển động đó. Đây cũng là các công thức chính để thiết kế một Klystron. Lí thuyết mà em trình bày dưới đây nói lên sự quan trọng của hệ số ghép đôi (coupling coefficient)...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo y học hạt nhân và kĩ thuật xạ trị đề tài" Lí thuyết động học của electron tring Klystron" BÁO CÁO Y HỌC HẠT NHÂN VÀ KĨ THUẬT XẠ TRỊ Đề tài: Lí thuyết động học của electron trong KlystronGiáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thái HàSV thực hiện: Nguyễn Nhân Tĩnh Lớp : DTYS – K52 SHSV: 20072926 1. Giới thiệu Klystron là một thiết bị quan trọng trong máy gia tốc tuyến tính. Nó có chức năng tạo ra vi sóng công suất lớn để gia tốc chùm điện tử. Ở trong bài báo cáo này, em đề cập tới quá trình điện tử đi trong Klystron, cụ thể ở đây là khoang tạo búi. Các công thức, phương trình thể hiện sự chuyển động đó. Đây cũng là các công thức chính để thiết kế một Klystron. Lí thuyết mà em trình bày dưới đây nói lên sự quan trọng của hệ số ghép đôi (coupling coefficient) và các chùm điện tử đi trong các khoang . Điều này rất quan trọng, đặc biệt ở các sóng cỡ millimet, hoặc nguồn năng lượng có biên độ đỉnh rất lớn. Ở những sóng này sự ảnh hưởng của các khoang tới nhau là tất yếu. Bài báo cáo bao gồm hai phần đó là sự hình thành các búi điện tử trong khoang tạo búi của Klystron và lí thuyết về hệ số ghép đôi.2. Lí thuyết về sự tạo búi của điện tử 2.1Lịch sử hình thành của Klystron: Để tạo nên được Klystron như ngày nay, là sự đóng góp của rất nhiều người, từ lí thuyết cho tới thực tế. Ta sẽ điểm qua quá trinh hình thành nên Klystron. Người được nhắc đến đầu tiên phải là D.A Rozhansky, giáo sư vật lí ở trường Tổng Hợp Leningrad. Năm 1932 ông là người đầu tiên đưa ra phương pháp tạo chùm điện tử có “mật độ biến thiên”. Tuy nhiên ông lại không tạo ra chùm điện tử để kiểm tra lí thuyết của ông, và chính lí thuyết đó ông cũng không công bố. Tuy nhiên ông cũng làm việc với nhiều nhà vật lí trẻ trong học viện của ông, trong đó có Agnessa Arsenjeva, vợ của Oskar Heil. Vợ chồng nà Heil đã công bố các bài báo kinh điển về điều chế vận tốc và tạo búi điện tử vào năm 1935. Trước đó vào năm 1934 họ đã chế tạo ống điều chế vận tốc của điện tử Trong thời gian trước thế chiến thứ II, WW. Hansen, một phó giáo sư của đại học Standford, trong chương trình nghiên cứu chế tạo điện tử điện áp cao để sử dụng trong phổ tia X. Trong quá trình nghiên cứu ông đã tạo ra khoang vi sóng (cộng hưởng mà không phụ thuộc vào tụ điện và cuộn cảm, nên thực hiện ở điện áp, tần số cao, hiệu suất lớn). Ông cũng phát triển lí thuyết, làm các thành phần mạch, và nêu lên các lí thuyết đầu tiên về cho các khoang riêng có hình dạng khác nhau. Làm việc với Hansen ở học viện có hai anh em nhà Varian. Russell- một nhà vật lí, và Sigurd một phi công của hãng hàng không Mỹ Pan. Ngày 21-7-1937 Russ Varian đã viết trong nhật kí của mình một phác thảo về Oscillator hai khoang, và một tháng sau đó ông và anh trai của mình đã chế tạo nên nó. Việc sử dụng khoang cộng hưởng do Hansen chế tạo ra có nhiều hữu ích hơn là do vợ chồng nhà Heil làm ra năm 1934. Cũng trong năm đó, khái niệm klystron ra đời. 2.2Cấu tạo Klystron Klystron bao gồm : - Cathode - Anode - Khoang tạo búi - Khoang cộng hưởng (khoang bẫy điện tử) - Các lưới gia tốc - Collector - Bộ phận làm mát - Nguồn cung cấp (Hình vẽ của một Klystron cơ bản như hình 1)Ở trong khuôn khổ bài tìm hiểu này, em chỉ đề cập chủ yếu tới hai khoangcơ bản trong Klystron là khoang tạo búi và khoang cộng hưởng. Hình 1: Cấu tạo của klystron2.3 Xây dựng hệ thức động học Khi đặt điện áp vào sợi đốt ở cathode, sợi đốt được nung nóng và phátxạ ra điện tử. Giữa hai đầu cathode và anode có điện áp V0 nên điện tử phunra từ cathode sẽ được gia tốc bởi điện trường. Khi ra khỏi lưới 1, chùm điệntử có vận tốc vo và đi vào buồng đầu tiên là buồng tạo búi điện tử. Tại đây,chùm điện tử được kích thích bởi một nguồn sóng radio công suât thấp gọi làRF driver. Hình 2: Klystron hai khoang Phương trình của sóng RF: V1.sin(ωt) Động năng của e sau khi đi ra khỏi lưới là: .m.v02 = e.V0 (1) ở đây e là điện tích của điện tử. Sau khi ra khỏi lưới, chùm e sẽ chịutác động của sóng điện từ (RF). Giả sử sau khi chịu tác động của RF, chùm ecó vận tốc là “v” ta có biểu thức liên hệ: .m.v2 - .m.v02 = e.M.V1.sin(ωt) (2) Với M là hệ số ghép đôi (coupling coefficient) – ta sẽ tìm hiểu về hệsố này sau Từ đó ta có: MV1 sin(t ) v = v0. 1  (3) ...