นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 187 มีนาคม - เมษายน 2557

14 / 62

ถ้า V เป็นศักย์เฉลี่ยของแหล่งก�ำเนิดกระแสสลับ
C เป็นพลังงานของไอออนบวกก่อนถูกเร่ง
m เป็นมวลของไอออนบวก
ขณะที่ไอออนบวกก�ำลังเคลื่อนที่ในทรงกระบอกอันที่ n จะได้
2 1
2 n mv nqV C
= + (3)
แทนค่า n v จากสมการ (1) ในสมการ (3) จะได้
2 1
2 n mv nqV C = +
n L   2 1
2
nqV C
f m

 (4)
แทนค่า c f

 เมื่อ  แสดงความยาวคลื่นของสัญญาณ
คลื่นวิทยุจากแหล่งก�ำเนิดกระแสสลับ
n L   2
2
nqV C
c m
 

หรือ n L  
2 2
nqV C
mc 

 (5)
จะเห็นได้ว่า n L เป็นปฏิภาคกับ 
LINAC สามารถเร่งได้ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอน LINAC ที่ใหญ่
ที่สุดที่ใช้เร่งอิเล็กตรอนคือ SLAC (Stanford Linear Accelerator)
อยู่ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University) ใน
สหรัฐอเมริกา เครื่องนี้มีความยาว 3.0 กิโลเมตร และสามารถ
เร่งอิเล็กตรอนให้มีพลังงานสูงถึง 50 GeV
ข) ไซโคลทรอน ประดิษฐ์โดยลอว์เรนซ์ (Ernest Orlando
Lawrence) และคณะ ในปีพ.ศ. 2475 ที่แคลิฟอร์เนีย ประเทศ
สหรัฐอเมริกา หลักการของไซโครทรอน คือเร่งอนุภาคที่มี
ประจุไฟฟ้าโดยใช้ศักย์ของแหล่งก�ำเนิดกระแสสลับความถี่สูง
แล้วใช้สนามแม่เหล็กบังคับให้อนุภาคเคลื่อนที่แนววงกลมโดยมี
รัศมีเพิ่มขึ้น ไซโคลทรอนประกอบด้วยกล่องรูปตัวดี 2 กล่อง คือ
1 D และ 2 D ต่อกับแหล่งก�ำเนิดกระแสสลับ กล่อง 1 D และ
2 D วางไว้กึ่งกลางระหว่างขั้วเหนือ N และขั้วใต้ S ของแท่ง
แม่เหล็กถาวรดังรูปที่ 6
รูปที่ 5 ส่วนประกอบของ LINAC
ก�ำหนดให้ S เป็นแหล่งก� ำเนิดไอออนบวก
q เป็นประจุของไอออนบวก
เมื่อไอออนบวกเคลื่อนที่จากแหล่งก�ำเนิด S เข้าไปยังทรง
กระบอกกลวง จะถูกเร่งให้มีความเร็วเพิ่มขึ้น โดยครึ่งรอบแรก
ของกระแสสลับ
1 3 5, , C C C มีศักย์บวก
2 4 6, , C C C มีศักย์ลบ
ส่วนครึ่งรอบหลัง
1 3 5, , C C C มีศักย์ลบ
2 4 6, , C C C มีศักย์บวก
ถ้าไอออนบวก q เคลื่อนที่จากแหล่งก�ำเนิด S เข้าสู่ทรง
กระบอก 1 C ในครึ่งรอบแรกของกระแสสลับ ขณะที่ 1 C มีศักย์
บวก และ 2 C มีศักย์ลบ ในการเคลื่อนที่จากศักย์บวกไปยังศักย์
ลบ ไอออนบวก q จะถูกเร่งให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นผ่าน 1 C และ
ข้ามช่องว่างเข้าสู่ 2 C โดยใช้เวลาครึ่งคาบ พอดีเป็นครึ่งรอบหลัง
2 C จึงมีศักย์บวก และ 3 C มีศักย์เป็นลบ ไอออนบวกจึงถูกเร่ง
อีกครั้ง ในท�ำนองเดียวกัน เมื่อไอออนบวกเคลื่อนที่เข้าสู่ทรง
กระบอกอันถัดไป จะถูกเร่งให้มีความเร็วเพิ่มขึ้น ซึ่งไอออนบวก
ใช้เวลาครึ่งคาบในการเคลื่อนที่ผ่านทรงกระบอกรวมกับช่องว่าง
ดังนั้นทรงกระบอกจะต้องยาวขึ้นเรื่อย ๆ
ถ้า n L เป็นความยาวของทรงกระบอกอันที่ n
รวมช่องว่างที่ติดกัน
n v เป็นความเร็วเฉลี่ยของไอออนขณะผ่าน
ทรงกระบอกอันที่ n รวมช่องว่างที่ติดกัน
f เป็นความถี่ของแหล่งก�ำเนิดกระแสสลับ
T เป็นคาบของแหล่งก�ำเนิดกระแสสลับ
จะได้ n v 2
2 1 2
n n
n
L L fL
T f = = = (1)
2
T 1
2
n
n
L
f v = = (2)
*
S
C1
C2
C3
C4
C5
C6
+ - + - + -
แหล งกำเนิดอนุภาคที่มีประจุ
ลำอนุภาคที่มี
อัตราเร็วสูง
～
14
นิตยสาร สสวท.