Elektronaccelerator

En elektronaccelerator er en teknisk enhed, der sætter frie elektroner i bevægelse meget hurtigt.

Princip og typer

Elektron lineær accelerator (3 km lang) ved SLAC i Californien

Elektroner frigivet af en varm katode accelereres først med en elektronpistol i et stationært elektrisk felt. Derefter accelereres de yderligere ved at skifte elektriske felter, enten på en lige sti ( lineær accelerator ) eller på en mere eller mindre ringformet sti, som opnås ved afbøjning i magnetfelter ( betatron , mikrotron , synkrotron , rhodotron ).

Elektroner kan let bringes til hastigheder tæt på lysets hastighed . Efter at have kørt igennem en spænding på 80 kV (kilovolt) har de 50% af lysets hastighed. Ved så høje hastigheder skal relativistisk mekanik bruges til beskrivelsen i stedet for klassisk mekanik ; efter hende z. For eksempel vil elektronernes kinetiske energi stadig stige, selvom deres hastighed næppe stiger.

Acceleratorer, der arbejder med magnetisk afbøjning, tvinger elektronerne på buede stier. Dette skaber synkrotronstråling , som på den ene side fjerner energi fra elektronerne (lineære acceleratorer bruges derfor bedre til meget høje energier), men kan på den anden side bruges som en meget strålende kilde til ultraviolet og røntgenstråling .

For at være i stand til at bruge elektronstrålen uden for acceleratorens vakuum , skal den passere gennem et udgangsvindue . Dette kan f.eks. Bestå af en titaniumfolie, der er få mikrometer tyk; men der er også aerodynamiske vinduer .

Elektronernes energi bestemmer deres dybde for penetration i materialet.

Man skelner mellem elektronacceleratorer, der anvendes industrielt

• Elektronaccelerator-accelerationsenergier med lav energi fra 70  keV til 300 keV,
• Medium energi accelerator til 500 keV til 3  MeV ,
• Høj energi accelerator fra 3 MeV op til 10 MeV.

Til forskningsformål og til målrettet generering af synkrotronstråling anvendes energier i GeV- området.

anvendelsesområder

Medicinsk lineær elektronaccelerator til kræftbehandling

Elektronacceleratorer bruges i industrien og medicin til forskellige applikationer, for eksempel

• Elektronstrålesvejsning
• Radiografisk test på tykvæggede komponenter
• Tværbinding af polymerer (gummi og plast): folier, rør, kabelisolering, lak, maling, klæbemiddel, harpiks
• Materiel analyse
• til den gratis elektronlaser
• Sterilisering af vand, udsugningsluft, medicinske forbrugsstoffer, uden for Europa også mad
• Strålebehandling mod kræft direkte med elektronstråler eller indirekte ved at bombardere et mål for røntgenstråler

Planteeksempler

• Acceleratoren med verdens hidtil højeste elektronenergi, næsten 50 GeV, er den lineære accelerator for SLAC i Californien.
• Den tyske elektronsynkrotron ( DESY ) i Hamborg, et af verdens første forskningsfaciliteter med elektroner i GeV- energiområdet, startede i 1964.
• I dag (2015) er der systemer bygget specielt til generering af synkrotronstråling over hele verden. I Europa z. B. at ringe
  • Europæisk Synchrotron-strålingsfacilitet i Grenoble ,
  • SLS i Villigen, Schweiz,
  • BESSY II i Berlin,
  • ELBE nær Dresden,
  • ANKA nær Karlsruhe.
• Mindre elektronacceleratorer arbejder for eksempel i omkring 25 steriliseringsfaciliteter rundt om i verden, herunder i Kremsmünster (Østrig) (sterilisering af medicinske produkter), i Californien og Texas (madsterilisering), fire i Tyskland og en i Schweiz.

litteratur

• Hanno Krieger: Strålingskilder til teknologi og medicin. 2. revideret. og eksp. Udgave. Springer Spectrum, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-658-00589-4 .
• Samy Hanna: RF lineære acceleratorer til medicinske og industrielle applikationer. Artech House, Boston MA et al., 2012, ISBN 978-1-60807-090-9 .