Embed Size (px)
Citation preview
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 1
Física de Aceleradores
Prof. Marcelo Sant’Anna
Sala A-310 (LaCAM) e-mail: [email protected]
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 2
Aceleradores Eletrostáticos
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 3
Aceleradores Eletrostáticos (algumas referências históricas)
“A brief history and review of accelerators”, P. J. Bryant
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 – 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 4
Cockcroft-Walton Foto de um multiplicador de voltagens Cockcroft-Walton . Esta parte
do acelerador foi utilizado para o desenvolvimento da bomba nuclear. Foi construído em 1937 e atualmente exposto no Museu de ciências de Londres
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 5
Van de Graaff
O primeiro VDG foi construído por Robert Jemison Van de Graaff, enquanto estava em Princeton, em 1929.
Na PUC-Rio há um VDG de 4 MV desde os anos 60
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 6
Tandem (maiores detalhes mais tarde) Ex.: o (Van de Graaff) Tandem modelo Pelletron de 1.7 MV do LaCAM (IF-UFRJ)
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 7
Aceleradores de campos variáveis
(usando “aceleração resonante”)
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 8
Aceleradores de campos variáveis (algumas referências históricas)
“A brief history and review of accelerators”, P. J. Bryant
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 9
Alternando “tubos de deriva” e potenciais V(t). Notar a “aceleração resonante” (sincronização!). Notar comprimentos variáveis dos tubos. Ver animação em:www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/linac.html
RF Linac
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 10
Ciclotron
Novamente, sincronização! Ver animação em
www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/cyclotron.html
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 11
+ avanços Avanços na estabilidade de fase, focalização, transporte de
feixe...
Outros aceleradores
Ex.: “Strong focusing”
Crédito: Mark Mandelkern
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 12
Ex.: Síncrotron (de elétrons) Feixes de luz...
http://bilder.desy.de:9080/XFELmediabank/ListView.jsp?language=en_US&page=1&categoryID=2118&catalogID=5
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 13
Ex.: Aceleradores de energia mais altaAccelerator Colliding Particles Total Energy Major Accomplishment
Stanford Linear Collider (SLC) in Palo Alto
electron, positron 100 Gev provided first look at Z0
Large Electron Positron Collider
(CERN-LEP) in Geneva
electron, positron 200 Gevdiscovered Z0, W in
1983;shut down in 2002
Relativistic Heavy Ion Collider
(BNL-RHIC) in Brookhaven
heavy ions 200 Gevcreated quark-gluon
plasma (Mini Big Bang)
Tevatron (FNAL) in Chicago
proton, antiproton 2 Tevconfirmed Z0, W,
discovered top quark
Large Hadron Collider (CERN-LHC) in Geneva
proton-proton; ion-ion 14 Tevplanned for 2008 - LEP
replacement
Table 01 High Energy Accelerators
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 14
Ex.: Síncroton de íons RHIC (Brookhaven)
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2009.1 - Instituto de
Física - UFRJ 15
Ex.: LHC
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2007.2 - Instituto de
Física - UFRJ 16
Pressão variável e calibrada
Célula gasosa Análise do estado de carga
Detecção
X- X-, X0, X+,...
-1d
0.0 0.1 0.20.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
F-1
(1016 cm-2)
0.0 0.1 0.20.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
F0
(1016 cm-2)
0d
Voltando ao Pelletron de 1.7 MV do LaCAM
ACELERADOR
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2007.2 - Instituto de
Física - UFRJ 17
A fonte de íons por sputtering
Cs
Cs+
Ti-
O-
Cs
Cs+
Ti-
O-
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2007.2 - Instituto de
Física - UFRJ 18
v
E
B
q
v
E
B
q
O Filtro de Wien
qvBqE
EqF e
BvqFb
0
be FFB
Ev
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2007.2 - Instituto de
Física - UFRJ 19
O Filtro de Wien
0
20
40
60
80
100
RX%
=m/mX%
m5% m
10%m50%
% A
ltu
ra d
o P
ico
m0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Vo
ltag
e (a
rbit
rary
un
its)
-2
Mass(atomic units)
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2007.2 - Instituto de
Física - UFRJ 20
O acelerador propriamente dito
Feixe da fonte
de íons
“stripper” gasoso
Ímã
Feixe paraexperimentos
X-
X- Xp+
Xp+
Xp+
Laboratório de Física Corpuscular - aula 2 - 2007.2 - Instituto de
Física - UFRJ 21
O ímã seletor de momento
0 1 2 3 4
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
B2 (a
rbit
rary
un
its)
mE/q2 (arbitrary units)
R
mvqvB
2
221
q
EmccB c
Experimentalmente, usamos para calibração:
qR
mvB
Ou,2
2
q
mE
RB c
B
B
2
2
1mvE c
