अतिचालक रैखिक त्वरक

Superconducting Linear Accelerator

अंतर-विश्वविद्यालय त्वरक केंद्र (आई.यू.ए.सी.) में अतिचालक रैखिक त्वरक (एस.सी.लिनैक) 15 यू.डी. पेलेट्रॉन के लिए एक बूस्टर के रूप में कार्य करता है और सममित प्रणालियों के लिए 5 मेगा इलेक्ट्रॉन वोल्ट/न्यूक्लियॉन के कूलम्ब बैरियर के ऊपर 80 द्रव्यमान तक आयन बीम को त्वरित करने के लिए इसकी रचना की गई है। एस.सी. लिनैक में तीन त्वरक मॉड्यूल होते हैं जिनमें से प्रत्येक में आठ नायोबियम क्वार्टर वेव रेज़ोनेटर (क्यू.डब्ल्यू.आर.) और एक 8 टेस्ला अतिचालक सोलेनॉइड, एक सुपरबंचर और एक रिबंचर मॉड्यूल में क्रमशः एक और दो क्यू.डब्ल्यू.आर. होते हैं। लिनैक की रचना और विकास 90 के दशक के प्रारम्भ में आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी (ए.एन.एल.) संयुक्त राज्य अमेरिका के सहयोग से आरंभ हुआ। अंतर-विश्वविद्यालय त्वरक केंद्र के कर्मियों को ए.एन.एल. में क्यू.डब्ल्यू.आर. की रूप-रेखा और उसके पश्चात निर्माण के लिए तैनात किया गया था। केंद्र की प्रथम उपलब्धि वर्ष 2001 में सुपरबंचर के सफल परीक्षण के रूप में प्राप्त हुई थी। इसके पश्चात वर्ष 2005 में पहला बीम त्वरण हुआ। पूर्ण लिनैक वर्ष 2012 से संचालित हो रहा है और नियमित आधार पर उपयोगकर्ता प्रयोगों के लिए आयन बीम वितरित करता है।

Figure 1. Schematic Layout and three installed cryomodule

Figure 2. Schematic Layout and three installed cryomodule

नायोबियम क्वार्टर वेव रेज़ोनेटर

एस.सी. लिनैक त्वरण और बँचिन्ग करने में क्वार्टर वेव रेज़ोनेटर (क्यू.डब्ल्यू.आर.) का उपयोग करता है। ये 97 मेगाहर्ट्ज पर काम करते हैं और एक छोर पर बंद और दूसरे छोर पर खुली समाक्षीय संचरण लाइन के रूप होती हैं। खुले छोर पर उच्च वोल्टेज का उपयोग कण त्वरण के लिए किया जाता है। रेजोनेटर के केंद्रीय तत्व की लंबाई कैविटीज के अंदर प्रसारित होने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग की मुक्त स्थान तरंग दैर्ध्य के लगभग एक-चौथाई के बराबर होती है और इसलिए इसका नाम क्वार्टर वेव रेज़ोनेटर है। रेजोनेटर्स का निर्माण नायोबियम से किया जाता है और स्टेनलेस स्टील के बाहरी आवरण द्वारा आच्छादित किया जाता है। स्टेनलेस स्टील से नायोबियम में ट्रांजिशन एक्सप्लोसिवली बान्डिंग के द्वारा Nb-SS ट्रांजिशन फ्लैंजेस के माध्यम से प्रदान किए जाते हैं। संचालन के दौरान, रेजोनेटर को तरल हीलियम के साथ 4.2 K पर ठंडा किया जाता है।

Figure 3A. Schematic of the QWR and its picture

Figure 3B. Schematic of the QWR and its picture

तालिका 1. क्यू.डब्ल्यू.आर. के विद्युत चुम्बकीय पैरामीटर

परिचालन आवृत्ति		97 MHz
अनुकूलतम बीटा (v/c)		0.08
संगृहित ऊर्जा	@ 1 MV/m accelerating field	0.110 J/(MV/m)2
चरम सतही चुंबकीय क्षेत्र	@ 1 MV/m accelerating field	13.2 mT
चरम सतही विद्युत क्षेत्र	@ 1 MV/m accelerating field	3.9 MV/m
ज्यामितिक कारक	( QRs )	15.1
शंट प्रतिबाधा	( Rsh / Q )	382
सक्रिय त्वरित लंबाई	( Leff )	159 mm
परिचालन तापमान		4.2 K
प्रचालन त्वरण क्षेत्र का डिजाइन मान	( Ea )	4 MV/m
गुणवत्ता कारक	[ Q ]	>2x10⁸

लिनैक के माध्यम से त्वरित बीम

एस.सी. लिनैक के संचालित होने के बाद से कई आयन बीम को केंद्र में हाइब्रिड रिकॉइल मास एनालाइजर (एच.वाई.आर.ए.) और न्यूट्रॉन डिटेक्टर ऐरे (एन.ए.एन.डी.) सुविधाओं में उपयोगकर्ता प्रयोगों के लिए त्वरित और वितरित किया गया है। नीचे दी गई तालिका 2 में लिनैक के माध्यम से त्वरित विभिन्न बीम प्रजातियों को इसकी आवेशित स्थिति, कुल ऊर्जा, लिनैक से अधिकतम ऊर्जा लाभ, बीम का उपयोग करने वाली प्रयोगात्मक सुविधा और वितरण के वर्ष के साथ सूचीबद्ध किया गया हैः

क्रमांक	बीम प्रजाति	आवेशित स्थिति	कुल बीम ऊर्जा	लिनैक से अधिकतम ऊर्जा लाभ	प्रयोगात्मक सुविधा (कर्ष)
1	⁴⁸Ti	15+	300 MeV	132 MeV	NAND (2015)
2	³⁷Cl	13+	245 MeV	95 MeV	HYRA (2015)
3	³⁵Cl	13+	259 MeV	109 MeV	HYRA (2015)
4	¹⁸O	8+	155 MeV	55 MeV	HYRA/NAND (2017)
5	¹⁶O	8+	150 MeV	50 MeV	HYRA/NAND (2017)
6	³⁰Si	11+	212 MeV	92 MeV	HYRA (2020)
7	²⁸Si	11+	210 MeV	85 MeV	NAND (2020)
8	¹⁹F	9+	190 MeV	90 MeV	HYRA (2020)