مقدمه:

امروزه شتابدهندهها کاربرد فراوانی در زندگی بشر ایفا میکنند که از این نوع شتابدهندهها میتوان به شتابدهندههای الکترون اشاره کرد، و همچنین از باریکههای الکترونی میتوان در زمینههای مختلف نظیر پزشکی، کشاورزی و صنعت استفاده کرد .[۱-۳] از نکات مهم در پرتودهی و دزیمتری مواد (انتقال انرژی از الکترون به ماده میباشد) چگونگی انتقال انرژی باریکه الکترونی به مواد میباشد که اسکن مناسب باریکه الکترونی میتواند تاثیر زیادی در رسیدن به این مهم داشته باشد. در این مقاله ضمن اشاره به ویژگیهای باریکه در شتابدهنده رودوترون (جریان، طول زمانی بانچ الکترونی و …) به چگونگی اسکن باریکه الکترونی با ایجاد میدان مغناطیسی مناسب با استفاده از شبیه سازی خواهیم پرداخت و در نهایت به تحلیل نتایج شبیهسازی و تست های عملی خواهیم پرداخت.

۵۷۹

فرآیند شبیه سازی و ساخت مگنت اسکنینگ:

قبل شبیهسازی به این نکته اشاره میشود که هدف استفاده از مگنت اسکنینگ در شتابدهنده رودوترون اسکن باریکه الکترونی با توان بالا ( ۱۰۰kw ) میباشد زیرا نمیتوان باریکه خروجی را بدون اسکن (قطر ۵ میلیمتر) به هدف تاباند چرا که ماده پرتودهی از بین میرود به همین دلیل میدان مغناطیسی ایجاد شده در مگنت اسکنینگ بسیار مهم میباشد که درادامه این موضوع را به طور مفصل بررسی میکنیم. شکل (۱) مگنت اسکنینگ شبیهسازی شده با استفاده از نرمافزار [۴] CST Studio به همراه خطوط میدان مغناطیسی و باریکه الکترونی اسکن شده نشان میدهد. شکل -۱) الف) خطوط میدان مغناطیسی برای حالتی میباشد که سیگنالهای اعمال شده به سیمپیچها دارای اختلاف فاز و همچنین شکل – ۱) ب) خطوط میدان مغناطیسی برای حالتی که اختلاف فاز بین سیمپیچها صفر باشند را نشان میدهد. یکی از نکات مهم در اسکن باریکه الکترونی در نظر گرفتن طول زمانی بانچ الکترونی میباشد که باید از میدان مغناطیسی مگنت اسکنینگ عبور کند، توان باریکه و طول زمانی بانچ الکترونی در شتابدهنده رودوترون به ترتیب برابر با ۱۰۰ kw و ۰,۱۵ ns میباشد بنابراین انتخاب فرکانس سیگنال ورودی جریان سیمپیچها میتوان در توزیع باریکه (الکترونها) بر روی هدف (ماده) مهم باشد.

چگونگی توزیع جریان باریکه الکترونی بر روی هدف به سیگنالی که به سیم پیچها داده میشود بستگی دارد با اندازهگیریهای انجام شده با استفاده از نرم افزارهای شبیهسازی، میدان مغناطیسی مورد نظر در مگنت اسکنینگ برای اسکن باریکه الکترونی در طول ۱۲۰cm، ۳۰۰G میباشد البته این میدان مغناطیسی مورد نیاز برای اسکن باریکه با انرژی ۱۰ MeV میباشد، برای انرژیهای دیگر میدان مغناطیسی مورد نیاز نیز تغییر خواهد کرد. شکل (۲) خط انتقال باریکه الکترونی شبیهسازی شده به همراه اسکن باریکه الکترونی توسط مگنت اسکنینگ در انتهای خط انتقال باریکه را نشان میدهد.

شکل : (۱) مگنت اسکنینگ به همراه خطوط میدان مغناطیسی (الف، ب)، باریکه الکترونی اسکن شده (ج) ( شبیهسازی با استفاده از نرم افزار ( Cst Studio

۵۸۰

شکل :(۲) باریکه الکترونی اسکن شده در خروجی خط انتقال باریکه ( شبیهسازی با استفاده از نرم افزار ( Cst Studio

بعد از طراحی و نتایج بدست آمده از شبیهسازی مگنت اسکنینگ ساخته و برای اسکن باریکه الکترونی در خط انتقال باریکه شتابدهنده رودوترون (شتابدهنده صنعتی الکترون) مورد استفاده قرار گرفت شد. شکل (۳) خط انتقال باریکه ساخته شده به همراه مکان و قطعات تشکیل دهنده مگنت اسکنینگ نشان میدهد. تعداد دور سیمپیچهای مگنت از نتایج شبیهسازی و رابطه (۱) بدست میآید.