Accélérateur d’électrons DIY : Un Tube à rayons cathodiques dans une bouteille de vin (1 / 13 étapes)

Étape 1: Conception/théorie

Aussi complexe que l’idée d’un accélérateur de particules puisse paraître, c’est en fait étonnamment simple à mettre en œuvre. La conception que nous utiliserons a été créée à la fin du XIXe siècle par J.J. Thomson et ensuite utilisée pour faire plusieurs découvertes importantes sur la nature fondamentale de l’atome et l’électron. Plus tard, au début du XXe siècle, Cockroft et Walton (Eh oui, les hooligans mêmes responsables par le multiplicateur de tension) utilisé une conception similaire à construire le premier véritable accélérateur électrostatique de linéaire, ou « accélérateur linéaire statique » pour faire court. De nos jours, les versions avancées de ce type d’accélérateur sont couramment utilisées pour l’implantation de la radiothérapie et ion.

Notre tube cathodique est essentiellement juste deux électrodes dans une chambre à vide avec une haute tension appliquée entre eux. Assez de l’air dans la chambre a été supprimé, électrons librement accélère de l’électrode négative (cathode) vers l’électrode positive (anode). Cependant, au lieu d’un impact sur l’anode et retour à l’alimentation, certains électrons voleront droit devant elle et continuez jusqu'à ce qu’ils ont frappé un mur de verre.

Des effets intéressants que l'on peut observer à ce stade sont la pulvérisation et magnétiques déflexion.

Pulvérisation :

Si l’accélération potentielle est suffisamment élevée, puis certains électrons frappant l’anode aura assez d’énergie pour frapper les ions métalliques tout de suite l’électrode. Ces ions seront déposées sur les murs de la chambre près de l’anode et créeront une bande argentée qui rappelle quelque peu de la « getter » à l’intérieur d’un vieux tube sous vide.

Déflexion magnétique :

En physique, nous avons tous appris la Loi de force de Lorentz ( F = q [E + v x B]), ou la force sur un point de charge due à des champs électromagnétiques. Dans ce contexte, il nous dit qu’électrons seront accélérées de la cathode vers l’anode due E, le champ électrostatique créé par l’alimentation haute tension et que ces électrons seront également accélérés par un autre champ, B, d’une manière qui dépend de la vitesse, v, de ces électrons. Étant donné que les vecteurs de vitesse des électrons vont démontrer à peu près de la cathode à le l’anode sans un champ magnétique extérieur, nous pouvons utiliser ceci pour savoir quel effet a champ magnétique aura si nous introduisons un.

Disons que nous apportons un aimant à proximité le tube alors que celle-ci est mise sous tension et nous aligner afin que son terrain est à peu près normale à la surface de la chambre à vide. Si nous calculons qv x B, nous trouverons que la force due au champ magnétique est perpendiculaire aux chemins des électrons et le champ magnétique (par la définition du produit vectoriel). En d’autres termes, l’aimant courbes les chemins des électrons, et cet effet est amplifié par la durée que les électrons passent dans le domaine. Cet effet peut facilement être observé à l’intérieur de notre tube cathodique si un aimant est présent à proximité.

J’ai inclus un diagramme de la construction mécanique de l’accélérateur pour donner une idée de comment tout va fonctionner.