Lineární urychlovač v lékařství

Z WikiSkript

Lineární urychlovač v lékařství[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Lineární urychlovač je přístroj, který se v lékařství užívá při radioterapii, tedy ozařování zhoubných nádorových onemocnění.

Funguje na principu urychlování elementárních částic, např. elektronů, protonů či iontů. Používá k urychlení částic po lineární přímkové dráze jen elektrické pole, to je buď statické, nebo se může i měnit. Lineární urychlovače můžeme rozdělit na elektrostatické a vysokofrekvenční. Elektrostatické lineární urychlovače pak dále dělíme podle typu zdroje vysokého napětí. Vysokofrekvenční můžeme rozlišit podle typu vlny (viz dále).[1][2] Stejně jako ostatní urychlovače má lineární urychlovač tyto součásti:

  • zdroj urychlovaných částic;
  • terčík/vstřícné svazky;
  • detektory.

Druhy lineárních urychlovačů

Lineární urychlovač
1. elektrostatický lineární urychlovač
  • kaskádní generátor (Cockroft-Waltonův generátor)
  • Van de Graaffův generátor
  • tandemový generátor
2. indukční urychlovač
3. rezonanční (vysokofrekvenční) urychlovač
  • s elektrodami
  • s nosnou vlnou

Elektrostatický lineární urychlovač[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Využívá potenciálový rozdíl mezi anodou a katodou. Nejjednodušším případem takového urychlovače je výbojka. Skládá se ze zdroje vysokého napětí, duté urychlovací trubice a z terčíku, na který dopadají urychlené částice.

Iontový zdroj emituje částice do systému kovových válcových elektrod. Mezi elektrodami se nachází postupně rostoucí vysoké napětí U. Částice s nábojem q jsou urychlovány elektrostatickým polem na energii E.

E = q (U_1 + U_2 + U_3 +... + U_n)

Každá z mezer mezi elektrodami orientuje letící částice do úzkého svazku, který dopadá na terčík – zdroj záření X.

Cockroft-Waltonův generátor[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Základní složkou je násobič napětí. Vysoké napětí se zde dosáhne mnohonásobným zvýšením střídavého napětí, získaného transformátorem. Získaná energie dosahuje až 4 MeV.

Použití: injektor pro větší urychlovače.

Van de Graaffův generátor[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Principem je přenos kladného náboje z externího zdroje do nitra kovové koule pomocí pohyblivého pásu. Náboj je poté odveden na povrch koule a pole uvnitř zůstává nulové. Vybitá část pásu se poté znovu vrací k nabití. Energie náboje se zvýší na 10 MeV.

Maximální napětí: teoreticky neomezené, v praxi omezené průrazným napětím obklopujícího plynu. Řešením jsou vysoké tlaky okolí, nebo umístění generátoru do speciálních plynů.

Tandemový urychlovač[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Pouze modifikace CW nebo VdG generátotu.

Indukční urychlovač[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Jeho důležitou součástí je transformátor, jímž prochází svazek částic působící jako elektrický proud. Ten v transformátoru indukuje pole, díky němuž jsou dále urychlovány částice.
Použití: sterilizace, TOKAMAK.

Rezonanční (vysokofrekvenční) urychlovač[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

S elektrodami[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Jedná se o efektivní způsob urychlování nabitých částic, avšak bez použití enormně vysokého napětí. Z vysokofrekvenčního zdroje střídavého napětí jsou emitovány částice do urychlovacího systému válcových elektrod – k jednomu pólu zdroje jsou připojeny elektrodové válce liché, k druhému válce sudé.

U(t) = U_o \cos \omega t = U_o \cos 2\pi ft

Pro docílení zrychlení se musí volit náležitá synchronizace mezi jednotlivými veličinami – délka válcových elektrod se musí zvyšovat s rostoucí rychlostí částic. V meziválcových prostorech pak dochází k urychlení částice.

S nosnou vlnou[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Použití pokovovaných dutinových rezonátorů (cavities) jako vlnovodů – jimi prochází elektromagnetická nosná vlna. Dochází k velkému urychlení na značně krátké dráze. Existují dva druhy tohoto urychlovače: s postupnou vlnou a s vlnou stojatou.

S postupnou vlnou: slouží k urychlení elektronů; často se zde používají brzdící nástavce, které zabraňují, aby fázová rychlost elektromagnetické vlny přesáhla rychlost světla.
Se stojatou vlnou: vysokofrekvenční vlna projde po urychlovací dráze a na konci se odráží zpět, čímž vzniká stojatá vlna s velmi vysokým silovým polem.


Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroje[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  1. DOLEŽAL, Zdeněk. Urychlovače <http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/dolezal/teach/accel/urych01_t.pdf> [online].
  2. RICHTROVÁ, Michaela. Urychlovače elementárních částic <https://is.muni.cz/th/cbysw/bc.pdf?so=nx>[online].