V.6.2. Acceleratoarele liniare de particule.

Acceleratorul liniar (linac) este constituit din mai mulţi electrozi cilindrici, așezați unul după altul, centrați, cu lungimea din ce în ce mai mare şi alimentați la un generator de tensiune alternativă de înaltă frecvenţă. Cu cât lungimea acceleratorului liniar este mai mare, cu atât și energia primită de particula proiectil este mai mare.

Cel mai lung accelerator liniar, la ora actuală, este cel de la Stanford SLAC (Stanford Linear Accelerator) din SUA, care are 3 km lungime şi accelerează electronii până la 20000 MeV.

Principiul de funcționare a acceleratorului liniar:

• Se injectează fasciculul de particule încărcate electric în lungul axei comune a electrozilor cilindrici, în așa fel încât particulele să fie accelerate succesiv de fiecare dintre electrozi.
• În interiorul cilindrilor, câmpul electric este nul, iar în spațiul dintre doi cilindri succesivi, există un câmp electric alternativ, cu o frecvenţă egală cu frecvenţa generatorului. Particula este accelerată de fiecare dată când străbate spațiul dintre electrozi. Electrozii pari sunt legați la aceeași bornă a unei surse de tensiune electrică alternativă, iar electrozii impari sunt legați la cealaltă bornă.
• Dacă particula intră într-un cilindru cu viteza v, timpul (t) în care ea străbate cilindrul este :

L este lungimea unui cilindru
v este viteza particulei
T este perioada generatorului de înaltă frecvenţă
υ este frecvența generatorului de înaltă frecvenţă

• Lungimile electrozilor sunt calculate astfel încât, la fiecare trecere a particulei prin intervalul dintre doi electrozi, câmpul electric să aibă o polaritate care să accelereze particula și să primească forța electromotoare mereu în aceeași direcție. De exemplu, lungimea primului cilindru este :

• Particula este accelerată în spațiul liber de la un cilindru la altul sub diferența de potențial U, primind energia q ∙ U, unde q este sarcina particulei accelerate.

• La intrarea în cel de-al doilea cilindru particula va avea viteza v₁ egală cu :

• Lungimea celui de-al doilea cilindru va fi:

• Astfel se pot calcula lungimile tuturor cilindrilor, lungimea electrozilor este dată de relația:

• La intrarea în cel de-al treilea cilindru particula va avea viteza v₂ egală cu :

Energia cinetică a particulei după ieșirea din accelerator este proporțională cu tensiunea de accelerare și cu numărul n de accelerări (spațiile dintre electrozi):

E_c,n = n ∙ q ∙ U_m

Acceleratorii liniari sunt folosiți în medicină, în radioterapie şi în chirurgia cu unde radio. Mai sunt folosiți pentru a da o energie inițială mică particulelor înainte să fie introduse într-un accelerator circular.