Μαγνητικό πεδίο.

Transcript

1 Μαγνητικά πεδία

2 Μαγνητικό πεδίο Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από κινούμενα ηλεκτρικά φορτία (π.χ. γύρω από έναν αγωγό που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα) Αναπαριστάνεται με δυναμικές γραμμές που είναι κλειστές και δεν τέμνονται Εκφράζεται μέσω της έντασης Β που ονομάζεται μαγνητική επαγωγή Σε κάθε σημείο του χώρου η μαγνητική επαγωγή έχει μία μόνο τιμή

3 Ομογενές μαγνητικό πεδίο : οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες και ισαπέχουν Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο, επάνω του ασκείται δύναμη

4 Κίνηση φορτίου κάθετα στις μαγνητικές γραμμές

5 Κίνηση με τυχαία γωνία ως προς τις μαγνητικές γραμμές Οριζόντια κίνηση Κατακόρυφη κίνηση

6 Μαγνητική Ροή

7 Μαγνητική Δύναμη σε ρευματοφόρο αγωγό

8 Μαγνητική Δύναμη σε ρευματοφόρο αγωγό

9 Μαγνητική Δύναμη σε ρευματοφόρο αγωγό

10 Νόμος Biot-Savart

11 Νόμος Biot-Savart

12 Δομή συστήματος MRI (Μαγνητικού Τομογράφου) Η δομή ενός απεικονιστικού συστήματος μαγνητικού συντονισμού παρουσιάζεται στα επόμενα σχήματα. Η κύρια συνιστώσα του συστήματος είναι ο βασικός μαγνήτης που παράγει το εξωτερικό στατικό πεδίο Βο. Υπάρχουν τρεις τύποι μαγνητών που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα συστήματα απεικόνισης: Μόνιμοι μαγνήτες (Permanent magnets) Υπεραγώγιμοι μαγνήτες (Superconductive magnets) και Μαγνήτες αντιστάσεως (Resistive magnets) ή κλασικοί ηλεκτρομαγνήτες. Οι μόνιμοι μαγνήτες κατασκευάζονται από κάποιο μόνιμα μαγνητισμένο υλικό. Συνήθως πρόκειται κράμα Κοβαλτίου - σπάνιων γαιών (Σαμαρίου). Οι υπεραγώγιμοι και οι μαγνήτες αντιστάσεων αποτελούνται από πηνία ή σωληνοειδή που διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα. Λειτουργούν με βάση την αρχή της παραγωγής μαγνητικού πεδίου στο περιβάλλον ενός ρευματοφόρου αγωγού.

13 MRI

14 Πηνία βαθμίδας Μαγνητικού Τομογράφου

15 Κύκλοτρο Το κύκλοτρο χρησιμοποιείται: (α) στην Ακτινοθεραπεία με πρωτόνια, θετικά ιόντα ή νετρόνια και (β) στην Πυρηνική Ιατρική για παραγωγή ισοτόπων που εκπέμπουν ραδιενέργεια β+ Πρόκειται για μηχανές επιτάχυνσης που αποτελούνται κατά βάση από δυο κοίλα ημικυλυνδρικά ηλεκτρόδια σχήματος D (Dee) (σχήμα). Μεταξύ των ηλεκτροδίων παρεμβάλλεται ένας χώρος μικρού εύρους στο κέντρο του οποίου υπάρχει μια πηγή ιόντων. Η όλη διάταξη βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο που προκαλεί περιστροφική κίνηση σε φορτισμένα σωμάτια (ιόντα: πρωτόνια, δευτερόνια). Στον ενδιάμεσο χώρο μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων (Dee) εφαρμόζεται ηλεκτρικό πεδίο μεταβαλλόμενης πολικότητας με τη μορφή τετραγωνικού κύματος. Η συχνότητα του πεδίου βρίσκεται στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων. Το πεδίο δημιουργείται και διαμορφώνεται από κατάλληλο ηλεκτρονικό σύστημα ραδιοσυχνότητας. Τα περιστρεφόμενα πρωτόνια επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο κάθε φορά που εισέρχονται μέσα στον κενό χώρο (χώρος επιτάχυνσης). Η ακτίνα της περιστροφικής κίνησης αυξάνεται κάθε φορά και τελικά τα επιταχυνόμενα σωματίδια ακολουθούν μια σπειροειδή τροχιά.

16 κύκλοτρο

17 Εγκατάσταση για Ακτινοθεραπεία πρωτονίων με κύκλοτρο

18 Κυκλικός Επιταχυντής ηλεκτρονίων (Βήτατρο)

19 Διαφορές Βήτατρο - Κύκλοτρο

20 Σύγχροτρο Το σύγχροτρο είναι ίσως ο πιο εξελιγμένος τύπος επιταχυντή. Αποτελείται από ένα ενιαίο, κυκλικό, αερόκενο σωλήνα. Τα σωματίδια (πρωτόνια) αρχικά επιταχύνονται (σε υψηλής ενέργειες) από ένα άλλο επιταχυντή (π.χ. γραμμικός πρωτονίων) και στη συνέχεια εγχέονται στο σύγχροτρο, όπου μέσω ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου (electromagnets) κινούνται σε μια καμπυλόγραμμη διαδρομή. Τα σωματίδια επιταχύνονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο υψηλής συχνότητας που εφαρμόζεται στο κενό μεταξύ διαδοχικών μεταλλικών κοιλοτήτων (πρόκειται για κοιλότητες συντονισμού ή ηλεκτρομαγνητικά αντηχεία-accelerating cavities) που βρίσκονται στο εσωτερικό του αερόκενου σωλήνα. Η συχνότητα του ηλεκτρικού πεδίου είναι συγχρονισμένη με τη συνεχή γωνιακή συχνότητα των σωματιδίων στον επιταχυντή. Τα σωματίδια επιταχύνονται ενώ είναι μέσα στις κοιλότητες (accelerating cavities). Καθώς τα σωματίδια αποκτούν ταχύτητα η μάζα τους αυξάνεται (σχετικιστική αύξηση), για το λόγο αυτό και η ένταση του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται αντίστοιχα για να αντισταθμίσει την σχετικιστική αύξηση της μάζας των σωματιδίων. Με το σύγχροτρο επιταχύνονται πρωτόνια, αλλά και ηλεκτρόνια. Το Fermilab στο Ιλλινόις, ΗΠΑ, έχει ένα σύγχροτρο με ακτίνα ενός χιλιομέτρου, η οποία μπορεί να επιταχύνει πρωτόνια μέχρι και ενέργειες GeV (1TeV). Επίσης επιταχυντής τύπου σύγχροτρο είναι και ο Large Hadron Collider στο CERN στη Γενεύη. Δείτε το προηγούμενο και το επόμενο διάγραμμα.

21 Σύγχροτρο

22 Σύγχροτρο

23 Diamond Synchrotron UK

24 Grenoble (France) Synchrotron

25 Πλήρες σώμα γραμμικού επιταχυντή

26 Πλήρες σύστημα γραμμικού επιταχυντή

27 Μαγνήτες κάμψης και εστίασης ηλεκτρονίων

28 Σύγχροτρο

29

30 Εγκατάσταση για Ακτινοθεραπεία πρωτονίων με κύκλοτρο