Κωνσταντίνος Αλεξίου Εφαρμογές Τηλεπικοινωνιακών Διατάξεων 1/29

Απλή περιγραφή γενικά των επιταχυντών. Καρκίνος. Το μαθηματικό μοντέλο του. Ιστορική αναδρομή.  Ο Επιταχυντής Συνεχούς Τάσης.  Η Γεννήτρια Cockcroft-Walton.  Η Γεννήτρια Marx.  Ο Επιταχυντής Van de Graaff. Ο Γραμμικός Επιταχυντής. Εφαρμογές στην Ιατρική. Προεκτάσεις και Μέλλον. 2/29

Διάταξη που επιταχύνει σωματίδια που ΄΄αγγίζουν΄΄ την ταχύτητα του φωτός. Σύγκρουση με άλλα σωματίδια (σωματίδια στόχοι). Αν σωματίδια κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις στο εσωτερικό του επιταχυντή, μετά τη σύγκρουσή τους παράγονται νέα σωματίδια. Τα σωματίδια περιέχονται σε σωλήνα κενού. Υπολογιστές καταγράφουν τις τροχιές των σωματιδίων. 3/29

Χρησιμοποιεί Μαγνητικά Πεδία Ηλεκτρικά Πεδία Διαμορφώνουν την πορεία των δεσμών. Επιταχύνουν τα σωματίδια. 4/29

Γραμμικός. Τα σωματίδια κινούνται σε ευθύγραμμη τροχιά, προσπίπτοντας τελικώς στο στόχο τους. Κυκλικός. Κυκλική τροχιά. Όλο και περισσότερη ενέργεια σε κάθε περιστροφή. 5/29

6/29

Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων. Φασματοσκοπία (Ακτίνες Χ, νετρόνια). Χημεία (Αλλαγή ιδιοτήτων υλικών…). Παραγωγή ενέργειας (Αδρανειακή σύντηξη). Ιατρική.  Τομογραφία  Χειρουργική  Θεραπεία καρκίνου 7/29

Ο καρκίνος. Η δεύτερη πιο συχνή αιτία θανάτου. Τα καρκινικά κύτταρα δεν υπόκεινται στις διαδικασίες της απόπτωσης. Διαιρούνται ανεξέλεγκτα. Ανάπτυξη μάζας κυττάρων (όγκος). Μεταλλάξεις στο γονιδίωμα. Αγγειογέννεση. Δίκτυο πιο άτακτο από το φυσιολογικό. Μετάσταση. Μέσω της κυκλοφορίας του αίματος εισβάλλουν σε άλλα σημεία του σώματος (δευτερογενείς όγκοι). 8/29

9/29

Εκθετικός νόμος ανάπτυξης., όπου, Όπου ο αριθμός των κυττάρων στο χρόνο, είναι ο αρχικός αριθμός των κυττάρων και το, η αναλογία με την οποία πολλαπλασιάζονται τα κύτταρα. Περιγράφει τα πρώτα στάδια μόνον. 10/29

Λογιστικός νόμος ανάπτυξης. Αγώνας για θρεπτικές ουσίες., όπου, Όπου αντιπροσωπεύει την υπάρχουσα χωρητικότητά του πληθυσμού. Κορεσμός όταν max. 11/29

12/29

Ο Επιταχυντής Συνεχούς Τάσης. Ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων. Πηγή σωματιδίων στο ένα ηλεκτρόδιο, επιτάχυνση μέσω του ηλεκτρικού πεδίου. Η περιοχή επιτάχυνσης είναι σχετικά καλού κενού. Έξοδος στο άλλο ηλεκτρόδιο. Ενέργειες ανάλογες της εφαρμοζόμενης τάσης. Μέγιστη ενέργεια ανάλογη της μέγιστης τάσης, άρα ύπαρξη ενεργειακού ορίου. Ενέργειες σωματιδίων πολύ περιορισμένες σύμφωνα με τα σημερινά πρότυπα. 13/29

14/29

Η Γεννήτρια Cockcroft-Walton. Το 1932 οι Cockcroft και Walton δημιούργησαν μια γεννήτρια υψηλής τάσης που βασίζεται σε ένα σύστημα από πολλαπλούς ανορθωτές ρεύματος. Στην πρώτη τους απόπειρα κατάφεραν περίπου V. Μετασχηματιστής παράγει ημιτονοειδή εναλλασσόμενη τάση: Βασίζεται στο κύκλωμα του Greinacher. Μπορούν να επιτευχθούν τάσεις μέχρι 4 MV. Βομβάρδισαν άτομα Li με πρωτόνια προκαλώντας ατομική αντίδραση και παραγωγή 2 πυρήνων (βραβείο Νόμπελ 1951). 15/29

16/29

17/29

Ο Επιταχυντής Van de Graaff. Κατασκευάσθηκε στο ΜΙΤ το Ηλεκτροστατικό πεδίο επιταχύνει τα ιόντα κατά μήκος αερόκενου σωλήνα. Το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται από ένα υψηλό δυναμικό V. Η δημιουργία του υψηλού δυναμικού V γίνεται με τη μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων σε κοίλο σφαιρικό ηλεκτρόδιο. Ο ιμάντας περιστρέφεται γρήγορα με τη βοήθεια δύο κυλίνδρων. Τα θετικά φορτία επιταχύνονται προς το γειωμένο στόχο. Ενέργειες έως 30 MeV. Υψηλότερες τάσεις μπορούν να επιτευχθούν μέσα σε δεξαμενή με μονωτικό αέριο (φρέον). 18/29

19/29

Πρωτότυπη ιδέα του Ising (1924) και κατασκευή του Wideroe (1928). Ηλεκτρικό πεδίο εναλλασσόμενο (συχνότητα ραδιοκυμάτων) συμβάλλει στην επίτευξη τιμών επιτάχυνσης σωματιδίων αρκετά μεγαλύτερων από τις αντίστοιχες του στατικού. Αποτελείται από μια σειρά μεταλλικούς σωλήνες ολίσθησης (κατά μήκος του άξονα της δέσμης), συνδεδεμένους με εναλλασσόμενη πολικότητα (τροφοδοτικό ραδιοσυχνοτήτων). Ο σωλήνας ολίσθησης δρα σαν «κλωβός Faraday» που προστατεύει τα σωματίδια από εξωτερικά πεδία. 20/29

21/29

Στο διάκενο τα σωματίδια επιταχύνονται. Οι δυναμικές γραμμές του πεδίου παράλληλες με το διάνυσμα της ταχύτητας όταν τα σωματίδια βρίσκονται στο διάκενο. Ενώ αντιπαράλληλες όταν τα σωματίδια βρίσκονται στο εσωτερικό των σωλήνων. Το μήκος των κυλίνδρων αυξάνεται καθώς η ταχύτητα των σωματιδίων αυξάνεται. Τα μήκη των κυλίνδρων τείνουν να γίνουν ίσα όταν. 22/29

Σήμερα οι σωλήνες ολίσθησης έχουν αντικατασταθεί από κοιλότητες. Ο μεγαλύτερος βρίσκεται στο Stanford Linear Accelerated Center (SLAC) στην Καλιφόρνια. Μήκος 3 km και φτάνει σε ενέργειες 50 GeV. Για πρωτόνια και άλλα βαρέα ιόντα χρησιμοποιείται η δομή Alvarez, φτάνοντας σε ενέργειες έως και 20 MeV ανά πυρήνα. 23/29

24/29

Σήμερα υπάρχουν περίπου επιταχυντές στον κόσμο, εκ των οποίων οι μισοί και πλέον χρησιμοποιούνται στην ιατρική. Ακτινοβόληση των ιστών. Θεραπεία καρκίνου. Χρησιμοποιούνται μικρότεροι γραμμικοί επιταχυντές (μερικά MeV ως ενέργεια). Τα ηλεκτρόνια οδηγούνται σε κατάλληλο στόχο και από τη σύγκρουση «γεννιούνται» ακτίνες X, για ακτινοβόληση εσωτερικών ιστών του ασθενή. Χρησιμοποιούνται και οι ίδιες οι δέσμες ηλεκτρονίων για θεραπεία επιφανειακών ιστών. 25/29

Οι κυριότερες παράμετροι είναι η ενέργεια, η κατασκευή, η λειτουργία του θαλάμου ελέγχου, ο σχεδιασμός του κατευθυντήρα. Πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι τεχνικές παράμετροι του γραμμικού επιταχυντή καθώς και τα ανατομικά χαρακτηριστικά του ασθενή. Στα ελληνικά νοσοκομεία:  SYNERGY PLATFORM.  AXESSE. 26/29

27/29

Το CERN ετοιμάζει έναν επιταχυντή πρωτονίων και ιόντων άνθρακα, αποκλειστικά για ιατρικούς σκοπούς, γνωστό ως PIMMS. Το πρόγραμμα αυτό είναι μια διεθνής συνεργασία που φέρνει κοντά ερευνητές από το CERN, το γερμανικό εργαστήριο GSI, το αυστριακό Med-AUSTRON και τον ιταλικό οργανισμό TERA. 28/29

29/29