توصيفگر ها :
سيكلوترون كلاسيك , ديناميك باريكه , نرم افزار CST , سيستم الكترومگنت
چكيده فارسي :
سيكلوترون يك شتابدهنده راديوفركانسي دايروي است كه در آن از ميدان الكتريكي و مغناطيسي به ترتيب براي شتاب دادن و جهت‌دهي ذرات باردار در يك مسير مارپيچ استفاده مي‌شود. طراحي دقيق ميدان مغناطيسي در سيكلوترون اهميت بسيار بالايي دارد چرا كه حفظ شرط همزماني فركانس چرخش ذرات و فركانس راديويي ولتاژ اعمالي توسط اين ميدان صورت مي‌گيرد. ميدان مغناطيسي همچنين وظيفه متمركزسازي باريكه را بر عهده دارد و اگر به درستي طراحي نشود ذرات پراكنده شده و از دست مي‌روند. هم اكنون در دانشكده فيزيك دانشگاه صنعتي اصفهان طرح ساخت يك سيكلوترون كلاسيك در حال انجام است و تعدادي از ابزار مورد نياز موجود مي‌باشد. در اين پايان نامه، طراحي مگنت سيكلوترون كلاسيك و اجزاي آن شرح داده شده است. سپس با هدف بهينه‌سازي ميدان مغناطيسي سيكلوترون براي دستيابي به ميدان 52/0 تسلا شبيه سازي‌هايي در نرم‌افزار CST صورت گرفته است. در اين شبيه‌سازي‌ها، ابعاد بهينه ساختار الكترومگنت (شامل هسته و قاب) بدست آمده است. سپس با استفاده از ساختار نهايي و رسم آن در نرم‌افزار پوآسون سوپرفيش، نمودار شاخص ميدان ترسيم شده است كه نشان مي‌دهد ذره بايد در شعاع 5/7 سانتي متري استخراج شود. همچنين با استفاده از نمودار شاخص ميدان، پايداري افقي و عمودي ذره نيز مورد بررسي قرار گرفته است كه نشان مي‌دهد ذره براي رسيدن به انتهاي مسير در حدود سه نوسان بتاترون عمودي و هفت نوسان بتاترون افقي را تجربه مي‌كند. در نهايت ميدان الكتريكي نيز با استفاده از نرم‌افزار CST شبيه‌سازي شده و با در نظر گرفتن ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، حركت ذره در همين نرم‌افزار بررسي شده است كه نشان‌دهنده چرخش كامل ذره تا شعاع نهايي و دستيابي به انرژي بالاتر از 90 كيلوالكترون ولت است.
چكيده انگليسي :
A cyclotron is a circular radiofrequency accelerator in which an electric and magnetic field are used to accelerate and direct charged particles in a spiral path, respectively. The precise design of the magnetic field in the cyclotron is of great importance because the condition of the synchronization of the frequency of rotation of the particles and the radio frequency of the applied voltage is maintained by this field. The magnetic field is also responsible for concentrating the beam, and if it is not designed correctly, the particles will be scattered and lost. Currently, in the Faculty of Physics of Isfahan University of Technology, the plan to build a classical cyclotron is underway, and a number of required tools are available. In this thesis, the design of the classic cyclotron magnet and its components are described. Then, with the aim of optimizing the cyclotron magnetic field to achieve a field of 0.52 Tesla, simulations have been done in CST software. In these simulations, the optimal dimensions of the electromagnet structure (including core and frame) have been obtained. Then, using the final structure and drawing it in Poisson Superfish software, the field index diagram has been drawn, which shows that the particle should be extracted in a radius of 7.5 cm. Also, using the field index diagram, the horizontal and vertical stability of the particle has been investigated, which shows that the particle experiences about three vertical betatron oscillations and seven horizontal betatron oscillations to reach the end of the path. Finally, the electric field is also simulated using CST software and considering the electric and magnetic fields, the movement of the particle has been checked in the same software, which shows the full rotation of the particle up to the final radius and the achievement of an energy higher than 90 kiloelectron volts.
