Chương II TỔNG QUAN VỀ HỆ MÁY GIA TỐC 5SDH-2PELLETRON
2.1. Cấu tạo hệ máy gia tốc 5SDH-2 Pelletron
2.1.2. Buồng gia tốc chính
Một thành phần quan trọng nữa của hệ máy gia tốc là buồng gia tốc chính. Buồng gia tốc chính có nhiệm vụ là làm tăng năng lượng của chùm ion, đồng thời chuyển đổi ion âm thành ion dương. Buồng gia tốc chính bao gồm các bộ phận: buồng chứa và các bộ phận liên quan; ống gia tốc; hệ thống nạp điện; hệ thống tước electron; hệ chân không và hệ thống truyền dẫn khí SF6 [30].
Hình 2.3 mô tả vị trí của các bộ phận ở bên trong buồng gia tốc chính. Thế đỉnh cực đại được đặt ở vùng trung tâm của buồng gia tốc và ngăn cách giữa vùng gia tốc năng lượng thấp và vùng gia tốc năng lượng cao.
Luận văn thạc sĩ 20
Hình 2. 3. Các bộ phận bên trong của buồng gia tốc chính
2.1.2.1. Buồng chứa và các bộ phận liên quan
Toàn bộ các phần gia tốc của buồng gia tốc chính đều được đặt trong một buồng chứa chịu áp lực. Buồng chứa có đường kính là 1.07 m và dài 3.5 m [30], được đặt trên một khung sườn có thể dễ dàng di chuyển vào hoặc ra để thuận tiện cho việc bảo dưỡng.
Buồng chứa bao gồm hai bộ phận chính: phần hình quả chuông dài và một nắp đậy bản tròn phẳng ở phía cuối. Bản tròn phẳng có gắn một khung đỡ có bánh xe để có thể dễ dàng đẩy ra khỏi buồng chứa. Ngoài các bộ phận gia tốc, hệ thống nạp điện,… bên trong buồng chứa sẽ chứa đầy khí Sulphur Hexafluoride (SF6). Mục đích của việc sử dụng khí SF6 là để cách điện các bộ phận bên trong buồng chứa với vỏ bên ngoài.
2.1.2.2. Ống gia tốc
Ống gia tốc cần được cung cấp một môi trường chân không cao và được cách điện để chùm ion có thể di chuyển ở bên trong ống. Ống gia tốc được cấu tạo bởi các bộ phận đồng nhất, các bộ phận này được ghép bởi vòng kim loại và
Luận văn thạc sĩ 21
vòng gốm xen kẽ nhau. Chúng có thể tạo ra sự chênh lệch cao thế và duy trì chân không tới mức 5x10-8 Torr [30].
Gắn ở trên ống gia tốc ở khoảng cách 1.27mm là các vòng thép không gỉ hình khuyên gọi là rãnh phóng tia lửa điện (spark gaps). Mỗi rãnh này nên được kiểm tra thường xuyên để loại bỏ những mảnh vụn bị vỡ ở trong rãnh. Các điện trở 5MΩ +/- 5% được gắn trên rãnh phóng tia lửa điện để tuyến tính hóa sự phân bố điện thế giữa thế đỉnh và thế nối đất. Giá trị của điện trở được ước tính để đạt được dũng 46.4 àA khi mỏy gia tốc hoạt động ở thế đỉnh cực đại 1.7 MV.
Phía ống gia tốc năng lượng thấp (lối vào) có thể dùng điện trở có giá trị nhỏ hơn so với phần ống gia tốc ở lối ra.
Những vòng gốm nhôm ôxít trong ống gia tốc được làm bằng vật liệu hút ẩm. Khi buồng gia tốc được mở trong môi trường ẩm ướt, vòng gốm có thể sẽ hấp thụ hơi ẩm từ không khí và tạo thành một lớp dẫn điện trên bề mặt. Do đó, khi vận hành, buồng gia tốc sẽ bị hao hụt một lượng dòng và thế đỉnh sẽ không thể đạt được giá trị tuyệt đối như mong muốn. Vấn đề này sẽ gây ra lỗi trong một khoảng thời gian (một vài giờ) cho đến khi buồng gia tốc nóng lên và hơi ẩm được làm khô. Nếu buồng gia tốc không đủ nóng, cần phải cung cấp một lượng khí mang nhiệt thông qua súng nhiệt để loại bỏ hơi ẩm. Lưu ý, nhiệt độ không được vượt quá 100oC bởi vì ống gia tốc được trang bị một nam châm plastic, nam châm này được sử dụng để làm giảm bức xạ sinh ra từ bẫy electron nên nhiệt sẽ làm hỏng nam châm. Không được cho ống gia tốc tiếp xúc với không khí và phải bao trùm bằng giấy bạc.
2.1.2.3. Hệ thống nạp điện
Xích tải điện sẽ đóng vai trò nạp điện trong buồng gia tốc chính. Xích tải điện gồm các mắt xích hình trụ được nối với nhau bởi một vật liệu cách điện và nằm giữa rãnh của một bánh đệm truyền động nằm ở phần cuối buồng gia tốc
Luận văn thạc sĩ 22
và một bánh đệm nằm ở vùng thế đỉnh [7]. Hình 2.4 mô tả sơ đồ của hệ thống nạp điện.
Hình 2. 4. Sơ đồ hệ thống nạp điện của buồng gia tốc 5SDH – 2 Pelletron [50]
Khi xích tải điện quay, điện tích dương sẽ được cảm ứng vào trong các mắt xích bởi bộ cảm 1, bộ phận này có độ chênh thế từ 0 – 50 kV. Sau đó các mắt xích sẽ bị tước đi một vài điện tích dương thông qua lớp dẫn điện bằng nhựa tổng hợp của một con quay nhỏ trước khi đi vào vùng thế đỉnh. Các điện tích dương này sẽ được truyền đến bộ cảm 2 ở phía bên kia vòng quay. Khi các mắt xích tiến đến rãnh bánh đệm thì chúng chịu ảnh hưởng của bộ triệt 2 có tác dụng ngăn chặn sự đánh lửa giữa các mắt xích và rãnh bánh đệm ở chỗ tiếp xúc giữa chúng. Tại đây, điện tích của chúng được trôi đều vào trong thế đỉnh ở giữa bánh đệm, tạo ra cao thế ở vùng giữa thế đỉnh là tổng hợp của các điện tích này. Khi các mắt xích không còn tích điện rời khỏi bánh đệm vùng thế đỉnh, chúng sẽ được nạp điện tích âm bởi cuộn cảm 2. Sau đó các mắt xích này đi qua một con quay khác mà sẽ lấy đi một ít điện tích của chúng để cấp cho bộ triệt 2.
Tại đoạn cuối buồng gia tốc ở phía dưới, các mắt xích tích điện âm lại chịu ảnh hưởng của bộ triệt 1. Điều này sẽ tạo nên một vòng tuần hoàn nạp điện của xích tải điện.
Luận văn thạc sĩ 23
2.1.2.4. Hệ thống tước electron
Ở giữa buồng gia tốc chính được trang bị hệ thống tước electron để chuyển đổi ion âm thành ion dương. Hệ thống tước này có thể là một chất khí hoặc là một màng mỏng. Hệ máy gia tốc 5SDH - 2 Pelletron sử dụng khí Nitrogen. Một hệ tước electron tiêu chuẩn sẽ có bán kính bằng 7.9 mm, dài 610 mm và được đặt trong một ống có bán kính 100 mm [30].