선형 입자 가속기

Linear particle accelerator
"Linac"은 여기서 리다이렉트 됩니다.프랑스의 공동체는 Lot, Linac을 참조하십시오.
호주 싱크로트론 내의 리낙은 리낙 시작 시 일련의 RF 공동에서 나오는 전파를 사용하여 묶음으로 전자 빔을 100MeV의 에너지로 가속합니다.

선형 입자 가속기(종종 linac으로 줄임)는 하전된 아원자 입자 또는 이온을 선형 빔 라인을 따라 일련의 진동 전위에 노출시킴으로써 고속으로 가속하는 입자 가속기의 한 종류입니다.이러한 기계의 원리는 1924년 [1]Gustav Ising에 의해 제안되었고, 작동한 최초의 기계는 1928년[2] RWTH Aachen University에서 [3][4]Rolf Wideröe에 의해 만들어졌습니다.리낙은 방사선 치료의 의학적 목적을 위해 X선과 고에너지 전자를 생성하고, 고에너지 가속기의 입자 주입기 역할을 하며, 입자 물리학에서 빛 입자(전자 및 양전자)에 대해 가장 높은 운동 에너지를 얻는 데 직접 사용된다.

리낙의 설계는 가속되는 입자의 종류(전자, 양성자 또는 이온)에 따라 달라집니다.캘리포니아 멘로 파크의 SLAC 국립 가속기 연구소에 있는 리낙의 크기는 브라운관(리낙의 일종)에서 길이 3.2km(2.0mi) 리낙까지 다양합니다.

역사

Wideroe의 linac 콘셉트.RF 소스의 전압은 일련의 튜브에 연결되며, 튜브는 틈새 사이에서 입자를 차폐합니다.
알바레즈형 리낙

1924년, Gustav Issing은 일련의 가속 간격을 이용한 선형 입자 가속기의 첫 번째 설명을 발표했습니다.입자는 일련의 관을 따라 내려갈 것이다.일정한 주파수로 각 갭에 가속 전압이 인가됩니다.주파수가 일정하게 유지된 상태에서 입자의 속도가 빨라짐에 따라 입자가 각 간격에 도달할 때 전압이 인가되는 것을 확인할 수 있도록 간격이 점점 더 멀어질 것입니다.Issing은 이 [5]설계를 성공적으로 구현하지 못했습니다.

롤프 위더로는 1927년에 아이싱의 논문을 발견했고, 그의 박사 논문의 일부로 88인치 길이의 2갭 버전을 만들었다.Ising이 스파크 갭을 전압원으로 제안했을 때 Wideroe는 25kV 진공관 발진기를 사용했습니다.그는 나트륨과 칼륨 이온을 5만 전자 볼트(50 keV)의 에너지로 가속시켰다는 것을 성공적으로 입증했는데, 이는 튜브에 의해 한 번만 가속시켰을 때 받는 에너지의 두 배이다.와이드로는 동일한 전압원을 사용하여 여러 번 입자를 성공적으로 가속함으로써 무선 주파수 [6]가속의 효용성을 입증했습니다.

이러한 유형의 리낙은 당시 사용 가능한 전압원에 의해 제한되었고, 2차 세계대전 이후에야 루이스 알바레즈는 새롭게 개발된 고주파 발진기를 사용하여 최초의 공명 공동 드리프트 튜브 리낙을 설계할 수 있었습니다.알바레즈 리낙은 입자가 이동하는 공명 챔버 전체에 RF 전원이 공급되고 중앙 튜브는 발진기 위상의 감속 부분에서만 입자를 차폐하는 데 사용된다는 점에서 와이드로 타입과 다릅니다.가속에 대한 이 접근방식을 사용하는 것은 알바레즈의 첫 번째 리낙이 1947년에 31.5 MeV의 양성자 에너지를 얻을 수 있었다는 것을 의미하며, 이는 그 [7]당시에 도달한 것 중 가장 높은 것이었다.

초기 알바레즈형 라이낙은 빔의 초점을 유지하는 강력한 메커니즘이 없었고 그 결과 길이와 에너지가 제한되었습니다.1950년대 초의 강한 초점 원리의 발달로 드리프트 튜브 내부에 4극 자석을 초점화함으로써 더 길고 더 강력한 라이낙을 가능하게 했다.강력한 초점 자석을 가진 알바레즈 리낙의 가장 초기 사례 중 두 개는 CERN과 브룩헤이븐 국립 [8]연구소에서 만들어졌습니다.

1947년 알바레즈가 양성자에 대한 리낙 개념을 개발하고 있던 거의 같은 시기에 윌리엄 핸슨은 스탠포드 [9]대학에서 최초의 이동파 전자 가속기를 개발했습니다.전자는 양성자보다 충분히 가벼워 가속 과정 초기에 빛의 속도에 가까운 속도를 달성합니다.그 결과, 「가속」전자는 에너지가 증가하지만, 가속기 설계의 관점에서는 일정한 속도를 가지는 것으로 취급할 수 있다.이를 통해 한센은 일련의 디스크에 의해 장전된 수평 도파관으로 구성된 가속 구조를 사용할 수 있었다.1947년식 가속기의 에너지는 6MeV였다.시간이 지남에 따라 SLAC 국립가속기 연구소의 전자 가속은 2마일(3.2km) 크기로 확장되고 50GeV의 [10]출력 에너지가 될 것입니다.

빔 전류가 높은 선형 가속기가 개발됨에 따라, 양성자와 중이온 빔의 초점을 맞추기 위해 자기장을 사용하는 것은 가속기의 초기 단계에 어려움이 있었다.자기력은 입자의 속도에 의존하기 때문에 저중간 에너지 강입자를 [11]가속하고 집중시킬 수 있는 가속기를 만드는 것이 바람직했다.1970년 소련의 물리학자 I. M. 캅친스키와 블라디미르 테플랴코프는 무선 주파수 4극(RFQ) 형태의 가속 구조를 제안했다.RFQ는 공명 공동에서 정밀하게 설계된 형태의 베인 또는 로드를 사용하여 복잡한 전기장을 생성합니다.이러한 필드는 주입된 입자 [12]빔에 대한 가속과 초점을 동시에 제공합니다.

1960년대부터 스탠포드와 다른 곳의 과학자들은 입자 [13]가속을 위해 초전도 무선 주파수 공동을 사용하기 시작했다.니오브 합금으로 만들어진 초전도 공동은 입력 전력의 상당히 높은 부분이 열에 손실되는 대신 빔에 적용될 수 있기 때문에 훨씬 더 효율적인 가속을 가능하게 했습니다.최초의 초전도 리낙에는 스탠포드의[14] 초전도 선형 가속기(전자용)와 아르곤 국립 [15]연구소의 아르곤 탠덤 선형 가속기 시스템(양자 및 중이온용)이 있었다.

동작의 기본 원리

선형 가속기의 작동 방식을 보여주는 애니메이션입니다.이 예에서는 가속된 입자(빨간색 점)가 양의 전하를 갖는 것으로 가정합니다.그래프 V(x)는 각 시점의 가속기 축을 따른 전위를 보여줍니다.입자가 각 전극을 통과할 때 RF 전압의 극성이 반전되므로 입자가 각 간극을 통과할 때 전기장(E, 화살표)이 이를 가속하는 올바른 방향을 가집니다.애니메이션은 사이클마다 가속되는 단일 입자를 보여 줍니다. 실제 라이낙에서는 다수의 입자가 사이클마다 주입되고 가속됩니다.그 행동은 엄청나게 느려진 것으로 나타났다.

무선 주파수 가속

하전 입자가 전자기장에 놓이면 로렌츠 힘의 법칙에 의해 주어진 힘을 경험합니다.

(SI 단위) 서q {q}는 입자의 전하, {\ {은 전계, {\ {은 입자의 속도, {\는 자기장입니다.자기장 용어의 교차곱은 자력이 입자 [16]운동 방향에 수직으로 작용하기 때문에 정적 자기장을 입자 가속에 사용할 수 없음을 의미합니다.

정전 파괴는 전계를 생성하기 위해 틈새에 인가될 수 있는 최대 정전압을 제한하기 때문에 대부분의 가속기는 어떤 형태의 무선 주파수(RF) 가속을 사용합니다.RF 가속에서는 입자가 각 영역을 통과할 때 가속 필드를 볼 수 있도록 전압원에 의해 구동되는 일련의 가속 영역을 통과합니다.이러한 유형의 가속에서 입자는 반드시 전기장이 의도된 [17]가속 방향을 가리키는 발진기 사이클 부분에 해당하는 "분지"로 이동해야 합니다.

단일 진동 전압원을 사용하여 일련의 갭을 구동하는 경우 입자 속도가 증가함에 따라 갭이 점점 더 멀리 배치되어야 합니다.이는 입자가 각 갭에 도달할 때 발진기 사이클의 동일한 위상을 "인식"하도록 하기 위한 것입니다.입자가 점근적으로 빛의 속도에 가까워지면 간격 분리가 일정해집니다. 추가 가해지는 힘은 입자의 에너지를 증가시키지만 속도는 크게 [16]: 9-12 변화하지 않습니다.

포커싱

입자가 가속기에서 빠져나오지 않도록 하기 위해서는 중심 궤도에서 멀어지는 입자를 원래의 경로로 되돌리기 위해 어떤 형태의 포커스를 제공해야 합니다.강한 초점의 발견으로, 4극 자석은 기준 경로에서 멀어지는 입자의 방향을 적극적으로 바꾸는데 사용됩니다.4극 자석은 한쪽 횡방향으로 초점이 맞춰지고 수직방향으로 초점이 흐트러지기 때문에 자석군을 이용해 [16]쌍방향으로 전체적인 집속효과를 낼 필요가 있다.

이동 방향을 따라 초점을 맞추는 것은 "상안정성"이라고도 하며 RF 가속의 고유한 특성입니다.한 묶음의 입자가 진동장의 상승 위상 동안 모두 가속 영역에 도달하면, 일찍 도착한 입자는 묶음의 중심에 있는 "기준" 입자보다 약간 낮은 전압을 볼 수 있습니다.따라서 이들 입자는 가속도가 약간 낮아져 결국 기준 입자에 뒤처지게 됩니다.이에 따라 기준입자 뒤에 도달하는 입자는 약간 더 가속도를 받고 그 결과 기준치를 따라잡을 수 있다.이 자동 보정은 가속되는 각 갭에서 발생하므로 [17]: 30–52 번치는 가속될 때마다 이동 방향에 따라 다시 초점이 맞춰집니다.

시공 및 운영

호주 싱크로트론의 리낙을 둘러싼 4극 자석은 전자빔의 초점을 맞추는 데 사용됩니다.
캘리포니아 멘로 파크에 있는 스탠포드 선형 가속기(SLAC)의 2마일(3.2km) 빔 튜브를 덮는 건물로 세계에서 두 번째로 강력한 라이낵입니다.약 8만 개의 가속 전극을 가지고 있으며 50 GeV까지 전자를 가속할 수 있습니다.

선형 입자 가속기는 다음 부품으로 구성됩니다.

  • 다른 구성 요소가 들어 있는 직선 중공 파이프 진공 챔버.가속된 입자가 공기 분자와 충돌하지 않도록 진공 펌프로 진공 청소한다.길이는 응용 프로그램에 따라 달라집니다.검사 또는 치료를 위한 X선 생산에 장치를 사용하는 경우 파이프의 길이는 0.5~[18]1.5m에 불과할 수 있습니다.장치가 싱크로트론의 인젝터가 될 경우 [19]약 10미터 길이일 수 있습니다.이 장치를 핵입자 조사용 1차 가속기로 사용하면 길이가 [20]수천 m에 이를 수 있다.
  • 기계가 가속하는 하전 입자를 생성하는 챔버의 한쪽 끝에 있는 입자 소스(S)입니다.소스 설계는 가속 중인 입자에 따라 달라집니다.전자는 냉음극, 열음극, 광음극 또는 무선주파수(RF) 이온원에 의해 생성됩니다.양성자는 이온원에서 생성되며, 이온원은 다양한 설계를 가질 수 있습니다.무거운 입자(예: 우라늄 이온)를 가속하려면 전문 이온원이 필요합니다.소스에는 빔 [21]라인에 입자를 주입하기 위한 자체 고전압 공급 장치가 있습니다.
  • 소스로부터의 파이프를 따라 늘어나는 일련의 개방 원통형 전극(C1, C2, C3, C4)은 소스로부터의 거리에 따라 길이가 점차 증가한다.소스로부터의 입자가 이 전극을 통과합니다.각 전극의 길이는 가속될 구동 전원과 입자의 주파수와 전력에 의해 결정되므로 입자가 가속 전압의 정확히 1/2 사이클로 각 전극을 통과합니다.입자의 질량은 원통형 전극의 길이에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어 전자는 양성자보다 상당히 가볍기 때문에 매우 빠르게 가속하기 때문에 일반적으로 원통형 전극의 훨씬 작은 부분을 필요로 합니다.
  • 가속 전극 끝에 위치한 입자가 충돌하는 대상(표시되지 않음)입니다.전자가 가속되어 X선이 생성되면 수냉 텅스텐 타깃이 사용됩니다.특정 조사에 따라 양성자나 다른 핵이 가속될 때 다양한 표적 물질이 사용됩니다.대상 뒤에는 들어오는 입자와 대상 원자의 충돌로 인한 입자를 검출하기 위한 다양한 검출기가 있습니다.많은 리낙이 싱크로트론 및 저장 링과 같은 큰 입자 가속기의 초기 단계 역할을 하며, 이 경우 가속된 입자는 전극을 떠난 후 가속기의 다음 단계로 들어갑니다.
  • 원통형 전극에 인가되는 고전위(통상 수천 볼트)의 무선 주파수 AC 전압을 생성하는 전자 발진기 및 증폭기(G).이것은 입자를 가속시키는 전계를 생성하는 가속 전압입니다.그림과 같이 연속되는 전극에는 역상전압이 인가됩니다.고출력 가속기에는 각 전극에 전력을 공급하는 별도의 앰프가 있으며, 모두 동일한 주파수로 동기화됩니다.

애니메이션과 같이 교대로 원통형 전극에 인가되는 발진전압은 반대극성(180°의 위상차이)을 가지므로 인접한 전극은 반대전압을 가진다.이로 인해 각 전극 쌍 사이의 간격에 진동하는 전계(E)가 생성되며, 전극이 통과할 때 입자에 힘을 가하여 가속함으로써 에너지를 공급합니다.입자 소스는 전극의 전하가 입자의 전하와 반대일 때 전압의 각 사이클에 한 번씩 입자 그룹을 첫 번째 전극에 주입합니다.전극은 가속 입자가 각 전극을 통과하는 데 정확히 1/2 사이클이 소요되도록 올바른 길이로 제작되었습니다.입자 다발이 전극을 통과할 때마다 진동 전압이 극성을 바꾸므로 입자가 전극 간극에 도달하면 전계가 전극을 가속하는 올바른 방향으로 이동합니다.따라서 입자는 전극 사이를 통과할 때마다 더 빠른 속도로 가속됩니다. 전극 내부에 전계가 거의 없기 때문에 입자는 각 전극 내에서 일정한 속도로 이동합니다.

입자가 적절한 시간에 주입되므로 입자가 각 갭을 통과할 때 전극 간의 진동 전압 차이가 최대가 됩니다.전극 사이에 인가되는 피크 전압이 V({ V_{V)이고각 q({displaystyle q 기본 전하인 경우 입자는 각 간극을 통과할 때 동일한 에너지 증가 V p})를 얻습니다.따라서 입자의 출력 에너지는

전자 전압(서N {\ N은 기계의 가속 전극 수입니다).

빛의 속도에 가까운 속도에서는 에너지가 입자 질량의 증가로 나타나면서 증분 속도 증가는 작습니다.이러한 현상이 발생하는 가속기 부분에서는 관 모양의 전극 길이가 거의 일정합니다.빔이 파이프 및 전극의 중심에 유지되도록 하기 위해 추가적인 자기 또는 정전 렌즈 소자를 포함할 수 있다.매우 긴 가속기는 레이저 빔에 의해 유도되는 서보 시스템을 사용하여 구성 요소의 정확한 정렬을 유지할 수 있습니다.

개발 중인 개념

2021년 현재 다양한 신개념이 개발 중입니다.일차적인 목표는 선형 가속기를 더 저렴하게 만들고, 더 나은 집속 빔, 더 높은 에너지 또는 더 높은 빔 전류로 만드는 것입니다.

유도 선형 가속기

유도 선형 가속기는 베타트론과 같이 가속을 위해 시변 자기장에 의해 유도되는 전계를 사용합니다.입자 빔은 서로 뒤에 서 있는 일련의 링 모양의 페라이트 코어를 통과합니다. 페라이트 코어는 고전류 펄스에 의해 자화되어 빔 방향의 축을 따라 각각 전계 강도 펄스를 생성합니다.유도 선형 가속기는 전자에서 나오는 짧은 고전류 펄스에 대해서도 고려되지만 [22]중이온에서도 고려됩니다.그 개념은 니콜라스 크리스토필로스의 [23]작품으로 거슬러 올라간다.그 실현은 보다 적합한 페라이트 재료의 개발 진척에 크게 의존하고 있다.전자에 의해 최대 5MeV의 에너지에서 최대 5킬로암페어의 펄스 전류와 20~300나노초의 펄스 지속 시간이 [24]달성되었습니다.

에너지 회수 LINAC

이전의 전자 선형 가속기에서는 가속된 입자가 한 번만 사용된 후 흡수체(빔 덤프)에 공급되어 잔류 에너지가 열로 변환됩니다.에너지 리커버리 Linac(ERL; 문자 그대로 "에너지 리커버리 선형 가속기")에서는 대신 공진기 및 예를 들어 언듈레이터에서 가속됩니다.사용된 전자는 액셀러레이터를 통해 180도 위상 어긋남으로 피드백됩니다.따라서 이들은 감속 단계에서 공진기를 통과하여 남은 에너지를 전장으로 되돌립니다.이 개념은 배터리 충전을 통해 제동 중에 방출되는 운동에너지를 다음 가속에 사용할 수 있는 자동차의 하이브리드 주행과 유사합니다.

브루크헤븐 국립연구소와 헬름홀츠-젠트룸 베를린은 "BERLinPro" 프로젝트를 통해 이에 상응하는 개발 작업을 보고했다.베를린 실험 가속기는 위에서 언급한 유형의 초전도 니오브 공동 공진기를 사용합니다.2014년, 에너지 회수 리낙에 기반한 세 개의 자유 전자 레이저가 전세계적으로 작동되었습니다: 제퍼슨 연구실(미국), 버드커 핵 물리학 연구소(러시아), 그리고 JEA(일본)[25]입니다.마인츠 대학에서는 MESA라는 이름의 ERL이 건설 중이며 2022년부터 운영될 예정입니다.

소형 선형 충돌기

전자 및 양전자를 위한 소형 선형 충돌기(CLIC)(원래 이름 CERN 선형 충돌기 )의 개념은 1테라 전자 볼트(TeV)[26]의 에너지를 위한 이동 파형 가속기를 제공합니다.가속력을 발생시키는 데 필요한 수 많은 클라이스트론 증폭기 대신 에너지가 낮은 두 번째 평행 전자 선형 가속기를 사용해야 하며, 이는 정재파가 형성되는 초전도 공동과 함께 작동한다.그것으로부터 일정한 간격으로 고주파 전력을 추출해, 주가속기로 송신한다.이 방법으로 80 MV/m의 매우 높은 가속 전계 강도를 달성해야 한다.

킬펠트 가속기(플라스마 가속기)

공동 공진기에서 유전 강도는 특정 거리 내에서 달성 가능한 최대 가속도를 제한합니다.이 한계는 킬펠트 가속기에서 가속장을 생성하기 위해 플라즈마에서 가속파를 사용하여 회피할 수 있습니다. 레이저 또는 입자 빔은 플라즈마에서 매우 강한 전계 강도와 관련된 진동을 자극합니다.즉, 보다 콤팩트한 선형 가속기(100~1000s의 계수)를 구축할 수 있습니다.금속 증기 플라즈마에서 고출력 레이저를 사용한 실험에 따르면 빔 라인 길이를 수십 미터에서 몇 cm로 줄일 수 있습니다.

콤팩트 의료용 액셀러레이터

(Linac Image-Guided 입자 치료에)200MeV까지 의학 사용을 위한 m의 수십에 걸쳐서, 그리고 둥지를 틀고 현재 설계(2020년)은 Ra에 가장 높은 실용적인 여러 주파수(현재 3GHz~)를 사용하여[27]기존 가속기 기술 optimising는 디자인을 양자의 가속 능력을 만들기를 희망하는 LIGHT 프로그램이다.dio-50kVdC에서 약 5MeV 번치까지 주입된 주파수 4극(RFQ) 단계, 5Mev에서 약 40MeV까지 가속되는 사이드 커플드 드리프트 튜브 Linac(SCDTL) 단계 및 200-230V로 출력되는 셀 커플드 Linac(CCL) 단계 최종.각 단계는 빔 에너지가 축적되는 동안 긴밀한 결합 및 동기식 작동이 가능하도록 최적화됩니다.이 프로젝트의 목표는 양성자 치료를 기존 방사선 치료의 대안으로 보다 접근하기 쉬운 주류 의학으로 만드는 것이다.

최신 선형 가속기 개념

선택된 가속 전압의 주파수가 높을수록 주어진 속도의 입자가 경로 길이당 개별 가속 추력을 더 많이 경험하게 되므로 가속기가 전체적으로 짧아질 수 있습니다.그것이 가속기 기술이 특히 더 높은 주파수를 향해 더 높은 입자 에너지를 추구하기 위해 발전한 이유이다.

1950년경부터 사용되어 온 선형 가속기 개념(전문용어로 가속기 구조라고 함)은 약 100MHz에서 수 기가헤르츠(GHz) 범위의 주파수로 작동하며 전자파의 전계 성분을 사용합니다.

정파도와 진행파도

몇 MeV 이상의 에너지에 관한 한 이온용 가속기는 전자용 가속기와 다릅니다.그 이유는 입자 간의 질량 차이가 크기 때문입니다.전자는 이미 빛의 속도, 절대 속도 제한에 몇 MeV로 근접해 있습니다; 상대론적 역학에 의해 기술된 바와 같이, 추가적인 가속으로, 그들의 에너지와 운동량만 증가합니다.한편, 이 에너지 범위의 이온은, 한층 더 가속에 의해서도 속도가 큰폭으로 빨라집니다.

오늘날 이온에 사용되는 가속도 개념은 항상 적절한 공진기에 형성된 전자파 정재파에 기초합니다.입자의 유형, 에너지 범위 및 기타 파라미터에 따라 매우 다른 유형의 공진기가 사용됩니다.다음 절에서는 이들 중 일부에 대해서만 설명합니다.전자는 또한 몇 MeV 이상의 정재파로 가속될 수 있다.하지만 여기서 유리한 대안은 진행파, 즉 진행파입니다.이동하는 파형의 위상 속도는 입자 속도와 거의 같아야 한다.따라서, 이 기술은 입자가 빛의 속도에 거의 도달했을 때에만 적합하며, 따라서 입자의 속도는 매우 적게 증가한다.

1940년대 고주파 발진기와 파워앰프, 특히 클라이스트론의 개발은 이 두 가지 가속 기술에 필수적이었다.양성자를 위한 정재파가 있는 최초의 대형 선형 가속기는 1945/46년 루이스 W의 지시로 로렌스 버클리 국립 연구소에서 만들어졌다. 알바레즈.사용된 주파수는 200MHz였습니다.약 2GHz의 이동파를 가진 최초의 전자 가속기는 조금 후 스탠포드 대학에서 W.W. 한센과 [28]동료들에 의해 개발되었다.

파티클 패킷 가속의 원리
일정한 파도로
물결을 타고

두 그림에서 곡선과 화살표는 입자에 작용하는 힘을 나타냅니다.전계 벡터의 방향이 올바른 점, 즉 힘의 방향이 올바른 점에서만 입자가 파동으로부터 에너지를 흡수할 수 있습니다(이러한 이미지의 축척에서는 속도의 증가를 볼 수 없습니다).

이점

스탠포드 대학의 초전도 선형 가속기는 2007년까지 Hansen Labs 아래 캠퍼스에 있었습니다.이 시설은 SLAC와 분리되어 있습니다.
Goodwin Steel Castings Ltd.에서 선형 가속기를 이용한 X선 주물

선형 가속기는 발명 당시 사용되었던 이전의 정전기 입자 가속기(콕크로프트-월튼 가속기 및 반 드 그라프 발생기)보다 더 높은 입자 에너지를 생성할 수 있습니다.이러한 기계에서는 입자가 인가된 전압에 의해 한 번만 가속되므로 전자볼트 단위의 입자 에너지는 절연 고장에 의해 수백만 볼트로 제한되는 기계의 가속 전압과 동일했습니다.리낙은 인가전압에 의해 입자가 여러 번 가속되므로 가속전압에 의해 입자에너지가 제한되지 않는다.

호를 이동하는 빠른 전자가 싱크로트론 복사를 통해 에너지를 잃기 때문에, 고출력 라이낙도 상대론적 속도로 전자를 생산하기 위해 개발되고 있습니다. 이것은 주어진 크기의 싱크로트론에서 전자에 부여할 수 있는 최대 전력을 제한합니다.리낙은 또한 엄청난 출력을 낼 수 있으며, 거의 연속적인 입자의 흐름을 만들어 낼 수 있지만 싱크로트론은 목표물에 "사격"할 가치가 있는 충분한 에너지로 입자를 주기적으로 상승시킵니다.(버스트를 링에 에너지로 유지 또는 저장할 수 있어 실험용 전자제품이 작동할 시간을 확보할 수 있지만 평균 출력 전류는 여전히 제한됩니다.)출력 밀도가 높기 때문에 입자 대 입자 충돌에 대비하여 입자가 있는 저장 링 설비를 로드하는 데 리낙을 사용하는 데 특히 적합합니다.또한 고질량 출력으로 인해 대상 충돌 생성물의 극히 일부에 불과하여 일반적으로 구하기 어려운 반물질 입자의 생산에 실용적입니다.그런 다음 이러한 정보를 저장하여 물질-반물질 전멸 연구에 사용할 수 있습니다.

의료용 라인악

1957년 미국에서 선형 가속기 방사선 치료(이 경우 전자선)로 망막아종 치료를 받은 최초의 환자 고든 아이작스를 보여주는 과거 이미지. 다른 환자들은 1953년부터 영국에서 다른 질병으로 리낙 치료를 받았다.고든의 오른쪽 눈은 1957년 1월 11일 그곳에 암이 퍼졌기 때문에 제거되었다.그러나 그의 왼쪽 눈에는 헨리 카플란이 전자빔으로 치료하도록 자극한 부분적인 종양만 있었다.

암 치료를 위한 리낙 기반 방사선 치료는 1953년 영국 런던에서 해머스미스 병원에서 첫 치료를 받은 환자로부터 시작되었으며, 메트로폴리탄 비커스에 의해 제작되어 1952년 최초의 전용 의료용 [29][30]리낙으로 설치되었다.잠시 후 1954년에 6개의 MV 리낵이 미국 스탠포드에 설치되었고 1956년에 치료를 시작했습니다.

의료용 선형 가속기는 튜닝된 공동 도파로를 사용하여 전자를 가속합니다. 이 도파로는 RF 전원이 정재파를 생성합니다.일부 라이낙에는 짧은 수직 도파관이 있는 반면, 고에너지 기계에는 수평으로 긴 도파관과 빔을 환자 쪽으로 수직으로 회전시키는 벤딩 자석이 있는 경향이 있습니다.의료용 라이낙은 4~25MeV 사이의 단일 에너지 전자 빔을 사용하여 전자가 고밀도(텅스텐 등) 타깃으로 향할 때 최대 에너지 스펙트럼의 X선 출력을 제공합니다.전자선이나 엑스레이는 양성 및 악성 질환을 치료하는데 사용될 수 있다.LINAC는 안정적이고 유연하며 정확한 방사선 빔을 생성합니다.LINAC의 다기능성은 치료 도구로서의 코발트 치료에 비해 잠재적인 이점입니다.또한 기기를 사용하지 않을 때 간단히 전원을 끌 수 있습니다. 무거운 차폐가 필요하지 않습니다. 그러나 치료실 자체는 산란 방사선의 누출을 방지하기 위해 벽, 문, 천장 등을 상당히 차폐해야 합니다.고출력(18MeV 이상) 기계를 장시간 사용하면 기계에 전원이 공급된 후 기계 헤드의 금속 부품 내에 상당한 양의 방사선이 방출될 수 있습니다(즉, 활성 소스가 되고 필요한 예방 조치를 준수해야 함).

Little LINAC 모델의 항공도

2019년에는 82개의 구성요소가 포함된 리틀 리낙 모델 키트가 암 방사선 치료를 받고 있는 어린이를 위해 개발되었다.이 모델을 만드는 것이 치료의 의미를 이해하는 데 도움을 줌으로써 치료를 받기 전에 아이가 경험하는 스트레스를 어느 정도 완화할 수 있기를 바란다.이 키트는 제조사 Best-Lock Ltd와 협력하여 IPEM(Institute of Physical and Engineering in Medicine)의 David Brettle 교수에 의해 개발되었습니다.이 모형은 과학 박물관에서 볼 수 있다.약:웰컴 컬렉션

의료용 동위원소 개발 신청

예상되는[which?] Mo-99의 부족과 그로부터 얻은 테크네튬-99m 의학적 동위원소 또한 중성자 폭격을 통해 비농축 우라늄에서 Mo-99를 생산하는 선형 가속기 기술을 조명했다.이를 통해 의료 동위원소 업계는 임계 이하의 공정을 통해 이 중요한 동위원소를 제조할 수 있다.현재 고농축 우라늄에서 대부분의 Mo-99를 생산하는 캐나다 온타리오의 초크 리버 연구소와 같은 노후화된 시설은 이 새로운 공정에 의해 대체될 수 있다.이러한 방식으로 중수에서 가용성 우라늄 염의 임계 미달 하중을 달성하고 후속 광 중성자 충격 및 대상 생성물인 Mo-99의 추출을 달성할 [31][better source needed]수 있다.

단점들

  • 디바이스의 길이에 의해서, 1대를 배치할 수 있는 장소가 제한됩니다.
  • 다수의 드라이버 디바이스와 그 관련 전원장치가 필요하기 때문에 이 부분의 구축 및 유지보수 비용이 증가합니다.
  • 가속공의 벽이 정상 전도성 물질로 되어 있고 가속장이 크면 벽 저항률이 전기에너지를 열로 빠르게 변환한다.반면 초전도체는 임계 온도 이하로 유지하기 위해 지속적인 냉각이 필요하며 가속장은 담금질에 의해 제한된다.따라서 (다양한 세대에서) 여전히 세계에서 가장 긴 SLAC와 같은 고에너지 가속기는 짧은 펄스로 실행되어 평균 전류 출력을 제한하고 실험 검출기가 짧은 버스트에서 발생하는 데이터를 처리해야 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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