آهنربای دوقطبی
آهنربای دوقطبی (Dipole magnet) سادهترین نوع آهنربا است. این آهنربا دارای دو قطب، یکی شمال و دیگری جنوب است. خطوط میدان مغناطیسی آن حلقههای بسته سادهای را تشکیل میدهند که از قطب شمال خارج شده، از قطب جنوب دوباره وارد میشوند و سپس از درون بدنه آهنربا عبور میکنند. سادهترین نمونه یک آهنربای دوقطبی، «آهنربای میلهای» است.[۱]
آهنرباهای دوقطبی در شتابدهندهها
در شتابدهندههای ذرات، یک آهنربای دوقطبی، آهنربایی الکتریکی است که برای ایجاد یک میدان مغناطیسی همگن در طول فاصلهای مشخص استفاده میشود. حرکت ذره در آن میدان، در صفحهای که عمود بر میدان و همخط با جهت حرکت ذره است، دایرهای خواهد بود و در جهت متعامد به آن آزاد است؛ بنابراین، ذرهای که به داخل یک آهنربای دوقطبی تزریق میشود، در یک مسیر دایرهای یا مارپیچ حرکت خواهد کرد. با افزودن چندین بخش دوقطبی در همان صفحه، اثر خمشی شعاعی پرتو افزایش مییابد.
در فیزیک شتابدهندهها، آهنرباهای دوقطبی برای ایجاد «خمها» در مسیر طراحیشده (یا «مدار») ذرات، همانند شتابدهندههای دایرهای، استفاده میشوند. دیگر کاربردها عبارتند از:
- تزریق ذرات به شتابدهنده
- استخراج ذرات از شتابدهنده
- تصحیح خطاهای مدار
- تولید تابش سنکروترون
نیروی وارد بر یک ذره باردار در شتابدهنده ذرات ناشی از یک آهنربای دوقطبی را میتوان با قانون نیروی لورنتس توصیف کرد، که در آن ذره باردار نیرویی به صورت زیر را تجربه میکند:
(در یکاهای اسآی). در مورد آهنربای دوقطبی شتابدهنده ذرات، پرتو ذره باردار از طریق ضرب خارجی سرعت ذره و بردار میدان مغناطیسی خم میشود، که جهت آن نیز به بار ذره بستگی دارد. میزان نیرویی که میتواند توسط یک آهنربای دوقطبی به یک ذره باردار وارد شود، یکی از عوامل محدودکننده برای شتابدهندههای پروتون و یون مدرن از نوع سنکروترون و سیکلوترون است. با افزایش انرژی ذرات شتابدار، آنها برای تغییر جهت به نیروی بیشتری نیاز دارند و برای هدایت شدن مستلزم میدانهای B (مغناطیسی) بزرگتری هستند. محدودیتهای موجود در میزان میدان B که میتوان با آهنرباهای الکتریکی دوقطبی مدرن تولید کرد، ایجاب میکند که سنکروترونها/سیکلوترونها برای جبران افزایش سرعت ذرات، اندازه خود را افزایش دهند (که منجر به افزایش تعداد آهنرباهای دوقطبی مورد استفاده میشود). در بزرگترین سنکروترون مدرن، یعنی برخورددهنده هادرونی بزرگ، ۱۲۳۲ آهنربای دوقطبی اصلی برای خم کردن مسیر پرتو ذرات استفاده شده است که وزن هر کدام ۳۵ تن متریک است.[۲]
در شتابدهندههای ذرات مدرن، آهنرباهای دوقطبی توسط منابع تغذیه بسیار پایدارِ کنترلشده با جریان تغذیه میشوند که عملاً به عنوان ژنراتورهای دقیق جریان مستقیم (DC) عمل میکنند. از آنجایی که میدان مغناطیسی تولیدشده توسط یک آهنربای الکتریکی با جریان عبوری از سیمپیچهای آن نسبت مستقیم دارد، پایداری و عملکرد نویز منبع تغذیه پارامترهای حیاتی هستند. الزامات معمول برای چشمههای نور سنکروترون و تأسیسات مشابه، نیازمند پایداری طولانیمدت جریان بهتر از ۱۰ قسمت در میلیون (ppm) در طول ۸ تا ۲۴ ساعت است، در حالی که دقت معمولاً بهتر از ۱۰۰ ppm میباشد. چنین مشخصات سختگیرانهای تضمین میکند که میدان مغناطیسی به اندازه کافی پایدار باقی بماند تا مسیر و کیفیت پرتو در طول عملیات شتابدهنده حفظ شود.[۳][۴]
سایر کاربردها
سایر کاربردهای آهنرباهای دوقطبی برای منحرف کردن ذرات متحرک شامل اندازهگیری جرم ایزوتوپ در طیفسنجی جرمی و اندازهگیری تکانه ذرات در فیزیک ذرات است.
همچنین از چنین آهنرباهایی در تلویزیونهای سنتی استفاده میشود که حاوی یک لامپ پرتو کاتدی هستند؛ وسیلهای که در اصل یک شتابدهنده ذرهای کوچک است. به آهنرباهای آنها «سیمپیچهای انحراف» گفته میشود. این آهنرباها یک نقطه واحد را روی صفحه نمایش لامپ تصویر تلویزیون به روشی کنترلشده در سراسر صفحه حرکت میدهند.
جستارهای وابسته
- فیزیک شتابدهندهها
- خط پرتو
- سیکلوترون
- الکترومغناطیس
- شتابدهنده خطی
- شتابدهنده ذرهای
- آهنربای چهارقطبی
- آهنربای ششقطبی
- آهنربای چندقطبی
- حلقه انبارش
منابع
- ↑ "Bar Magnet" (به انگلیسی). HyperPhysics.
- ↑ "Pulling together: Superconducting electromagnets" (به انگلیسی). CERN.
- ↑ C. H. Ho; et al. (2016). Dipole Power Supply for the Storage Ring of Taiwan Photon Source (PDF). Proceedings of IPAC2016. JACoW. pp. THPMW016.
- ↑ H. Hoteit; et al. (2024). Modernizing of Magnet Power Supplies at KARA and a Transition to EPICS-Based Control System. Proceedings of IPAC2024. JACoW. pp. THPS08. doi:10.18429/JACoW-IPAC2024-THPS08.
پیوند به بیرون
پروندههای رسانهای مربوط به Dipole magnet در ویکیانبار