Uge6, formiddag: Acceleratorteknologi. Arnd Baurichter Danfysik A/S

Relaterede dokumenter
Forelæsning 11b: Vacuum og magneter

Vacuum og magneter. Vakuum Vakuum, hvorfor? Hvad er vakuum? Hvordan frembringer man vakuum? Vakuum systemlayout, systemkriterier

Partikelacceleratorer: egenskaber og funktion

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 2 Transverse motion, Lattices

Acceleratorer. Motivation for at bygge acceleratorer

Lineær beamoptik 1. Vi starter med en meget kort repetition fra sidste gang. Derefter: Wille kapitel 3.1 til og med 3.6 (undtagen 3.

Synkrotron accelerator facilitet

Bevægelse i (lineære) magnetfelter

Manipulationer af banen

Fusionsenergi Efterligning af stjernernes energikilde

FREMSTILLING AF VEKSELSPÆNDING. Induktion Generatorprincippet

Partikelacceleratorer Eksperimentalfysikernes Ultimative Sandkasse

Circulating Beams Søren Pape Møller ISA / DANFYSIK A/S Chapter 4 i Wilson - 1 hour

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Q3,

Dansk Fjernvarme Teori og praksis for små og store varmepumper i fjernvarmeproduktion

Induktion Michael faraday var en engelsk fysiker der opfandt induktionstrømmen i Nu havde man mulighed for at få elektrisk lys og strøm ud til

Bevægelse i (lineære) magnetfelter

28 April 2003 Retrospective: Semicore Visit

Ó³ Ÿ , º 7(205) Ä1469 ˆ ˆŠ ˆ ˆŠ Š ˆ Šˆ Š Œ. . Œ. μ,.. ÊÉ ±μ,.. ƒ ² ³μ,. Š. Ê μ,.. ³ μ 1. Ñ Ò É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ, Ê

Hvor er tilstandskontrolværktøjerne henne? Hvem er vi? Peter Skovgaard, FMS Lene Rosenlund, FMS

Er superledning fremtiden for fusion?

Altid interesseret i nye samarbejder!

Vinduesfilm-industriens. industriens historie.. og hvorledes vinduesfilm er produceret

SPOLER (DC) Princippet (magnetiske felter) Induktion og selvinduktion Induktans (selvinduktionskoefficient)

Atomare kvantegasser. Michael Budde. Institut for Fysik og Astronomi og QUANTOP: Danmarks Grundforskningsfonds Center for Kvanteoptik

Lineær beamoptik 1. Koordinatsystem

Magnetisme. Præsentation: Niveau: 7. klasse. Varighed: 5 lektioner

Acceleratorer og detektorer

Statistisk mekanik 10 Side 1 af 7 Sortlegemestråling og paramagnetisme. Sortlegemestråling

Køling. Lars Reinholdt Center for Køle- og varempumpeteknik Teknologisk Institut INDUSTRI OG ENERGI KØLE- OG VARMEPUMPETEKNIK 1

Energitekniske grundfag 5 ECTS

Danmark er sammen med KUNSTEN AT BYGGE VERDENS MEST EFFEKTFULDE ACCELERATOR

KEN HYGIENE SYSTEMS A/S. FSSD/FSD Temadag

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 7b Diagnostik

Kolde atomare gasser Skræddersyet kvantemekanik. Georg M. Bruun Fysiklærerdag 2011

Statistisk mekanik 10 Side 1 af 7 Sortlegemestråling og paramagnetisme. Sortlegemestråling

Dampgeneratorer Kompakte Dampkedler. Hurtig Opstart Ingen Kedelkrav

Alkalisk elektrolyse til energilagring Restricted Siemens AG All rights reserved

Eksamen i fysik 2016

Unit Magnet/posefiltre

Theory Danish (Denmark)

Danmarks Tekniske Universitet

Velkommen til CERN. Enten p-p, p-pb eller Pb-Pb collisioner. LHC ring: 27 km omkreds. LHCb CMS ATLAS ALICE. Jørn Dines Hansen 1

Læringsmål i fysik - 9. Klasse

Well Fit - PRÆFABRIKEREDE PUMPESTATIONER TIL INSTALLATION I EKSISTERENDE BRØNDE

FilterMax F. Modulopbygget støvopsamler med integreret forudskiller

Frequency Dispersion: Dielectrics, Conductors, and Plasmas

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse 2015 Forelæsning 9b Diagnostik. Diagnostik er en accelerators øjne og ører

Gr. 08 Proportionalventiler

Billigere og bedre varme til virksomheder. Samsung PAC og Big Ceiling varmepumper

Innovation Center Denmark Martin Scharff, Senior Consultant, Clean Technologies. Udnyttelse af eksportpotentiale på udvalgte markeder

Den smarte hærdemetode Niels Lyth

Bitten Gullberg. Solen. Niels Bohr Institutet

Undervisningsplan for fysik/kemi, 9.A 2015/16

Varmepumpe udviklet specielt til mindre havebassiner

SOLVARMEANLÆG FORÅR 2010

Acceleratorer i verden

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 8b Diagnostik. Diagnostik er en accelerators øjne og ører

Solens indflydelse på Jordens klima. Jens Olaf Pepke Pedersen Danmarks Rumcenter, DTU Center for Sol-Klima Forskning

Condens 6000 W. Kondenserende gaskedel til solvarme med buffertank til varme og varmt vand

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Q2, 2015

Sondex - En verden af pladevarmevekslere Til alle formål

Rustfrie stål. af Carsten Jensen Afdelingen for Korrosion og Metallurgi FORCE Technology. CSJ / rev. 01

Eksamen i Mat F, april 2006

Acceleratorer i industrien

Forelæsning 11a/b NH. Repetition af centrale begreber Mere WinAgile Acceleratorer udenfor sundhedsvæsenet

Welding Center (LORC)

7 - lænsepumper, melassepumper

Soldrevet køling i Danmark og udlandet. Lars Reinholdt Center for Køle- og varmepumpeteknik Teknologisk Institut

Materialer og korrosion - offshore

Family of R744 control valves and suggestions for efficient testing

Forelæsning 3, uge 11 Nye aceleratorer anvendelser: Et smugkig i fremtiden...

Noter til elektromagnetisme

Know-how makes the difference. High performance. Kuglehaner

Energitekniske grundfag 5 ECTS

Program for erhvervspraktik på Science and Technology Uge 44, 2016 Hold E

Aktivitetsplan (navn): Big Science Sekretariatet Aktivitetsplan nr.: X3

Drain Back-systemer. Made in Germany

Centerkontrakt for Maskinakustik Mål og midler fra et industrielt synspunkt

XStream Luft- og smudsudskillere

Siemens Siemens globalt og i Danmark

BigScience.dk Genvejen til Big Science markedet. Juliette Forneris, BigScience.dk, Teknologisk Institut Cross-Border konference, 10.

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 8a Linac s. Tak til Lars Præstegaard, som jeg har stjålet en del slides fra

Opgaver. Superledning fremtidens teknologi: Opgaver. FYSIK i perspektiv Side 1 af 13

Bæredygtigt arktisk byggeri i det 21. århundrede

T E D S B E T V. Lynkoblinger i rustfri stål AISI 316L RUSTFRI STÅL 316L

Opgave 1 Opskriv følgende vinkler i radianer 180, 90, 135, 270, 60, 30.

OM ANTISTOF: HVORFOR ER HALVDELEN AF UNIVERSET FORSVUNDET?

Store varmepumper i industrien. Lars Reinholdt 8. November 2018

Brugsanvisning. for. Oliebrænder DOMESTIC D-3 / D-4 VVS-EKSPERTEN A/S, BLÆSBJERGVEJ 54, 8722 HEDENSTED TLF FAX

Eksamen i Calculus. Onsdag den 1. juni Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

Forelæsning 11a: Resumé. Energi og impuls

Fagerberg WATERFLUX Batteriflowmåler, til det åbne land og vandværker

Fysik/kemi. Mål Aktiviteter Øvelser/Evaluering. Du er kun et punktum Tidsmålere Jorden drejer Reaktionstid Eksperiment: Hvad er din reaktionstid?

Spare parts ASC 5300 G V5

Selection of a Laser Source for Magnetic Field Imaging Using Magneto-optical Films

SVEDAN INDUSTRI KØLEANLÆG A-S:

Partikelterapi. Fysiklærerdag 2008, IFA, Århus. Niels Bassler Aarhus Universitetshospital og Deutsches Krebsforschungszentrum, Heidelberg

Transkript:

Uge6, formiddag: Acceleratorteknologi Arnd Baurichter Danfysik A/S

InnovAcc Innovation inden for acceleratorudstyr til kræftbehandling Kræftbehandling via partikelterapi- InnovAcc Projektet Arnd Baurichter Danfysik A/S Samarbejdspartnere: Danfysik A/S B. Rustfrit Stål (Horsens) ISA, Aarhus Universitet Ingeniørhøjskolen i Århus

4 Behandlinger, konventionel Baggrund: Partikelterapi Tumorbehandling med høj lokal præcision 2 Behandlinger, protoner Uni Klin. Heidelberg, GSI, DKFZ, FZ Rossendorf Mette Vinter Riis, Aktuel Naturvidenskab 4, 20 (2005)

Siemens-Danfysik PT anlæg 20 m Siemens behandlingslokaler Danfysik accelerator (synkrotron) til behandling med protoner og tunge ioner (f.eks. kulstofioner)

InnovAcc projektet Løbetid Juli 2006 Juni 2009 Budget Støttet af Højteknologifonden med 10 Mio Kr. Totalt budget: 17 Mio Kr. Tre delprojekter - Udvikling af HTS dipolmagnet til acceleratorer - Strålprofilmonitor til højenergetiske ionstråler - Vakuumkamre til industriel serieproduktion Projektkontoret på Danfysik Technology Center, INCUBA Science Park Århus

Højtemperatur superledende Magnet Gantry magnet til patientbehandling med stråling fra mange forskellige vinkler Patient Jernmagnet (90 ton!) Mål: Udvikling, opbygning og test af kompakt prototype magnet under anvendelse af højtemperatur superledere (HTS) Status: Konceptuel design baseret på den nyeste 2. generation HTS teknologi afsluttes planmæssigt den 1. januar 2008.

Profildetektor Problemstilling: I dag anvendes Detektorer fra partikelfysik (Multiwire proportional chambers): Er dyre og unhandy Mål: Udvikling, opbygning og test af prototype til industriel anvendelig detektor til profilmåling af højenergetiske ionstråler i partikelterapi anlæg Status: Konceptuel design baseret på scintillerende glasfibre (SciFi) afsluttet. Kommerciel tilgængelige SciFi testet/testes på Rigshospitalets 32 MeV proton cyklotron. Nedskaleret testversion klar til demonstration i december 2007

Vakuumkamre til PT acceleratoranlæg Problemstilling: I dag færdiges vakuumkamre med dyre processer til specialanvendelser inden for forskning Mål: Udvikling, opbygning og test af vakuumkamre og fremstillingsporcesser til industriel serieproduktion Status: Udvikling af komercielt anvendelig produkt afsluttet. Første kamre leveres i starten af november. Specialeprojekt beskæftiger sig med produkt- og procesoptimering.

Forelæsning 3, uge 6 Acceleratorteknologi Vakuum Vakuum, hvorfor? Hvad er vakuum? Hvordan frembringer man vakuum? Vakuum systemlayout, systemkriterier Magneter Konventionelle magneter -typer - designkriterier -materialer Superledende magneter -introduktion - teknologier -designs

Vakuumsystemer: Integreret del af acceleratoranlæg

Vakuum Otto von Guericke, Magdeburg 1602-1686 Magdeburg halvkugler (Deutsches Museum, München)

Demonstration i Magdeburg 1656:

Introduktion i vakuum teknologi Vacuum: Low medium high ultra high Flow: Viscous intermedium molecular Mean free path (m) 5*10-5 m 0.05 m 500 m 5*10 5 m 10 3 10 0 10-3 10-6 10-9 10-12 (1atm=1013mbar=760Torr) Gas pressure (mbar=100pa) FY13 Spring 2004

Vakuum systemkomponenter Vakuumkamre Pumper Pressure gauges Restgas analysatorer Læksøgningsapparater FY13 Spring 2004

Diffusionspumpe (historisk...) Princip: Diffusion af gas ind i olie damp kompression Pumpning af udstødningssiden => kræver backing pumpe - Backstreaming af oliedamp! FY13 Spring 2004

Turbomolekylær pumpe ( turbopumpe ) Working principle: FY13 Spring 2004 rotation Rotor blades Gas molecule outlet - Light gases!

Ionpumpe Funktionsprincip: Sputtering (=forstøvning) af getter material feks. titanium Gas molekyler graver deres egen grav => Kemiske pumpe +H 2, +H 2 O, - ædelgasser - memory effect FY13 Spring 2004

Andre kemiske pumper: a) Ti sublimationspumpe Funktionsprincip: Fordampning af getter material (Ti) Gas molecyler bliver kemisk bundet på overfladen af getter materialet +H 2, +H 2 O, - noble gases + very high pumping speeds for light gasses! FY13 Spring 2004

Andre kemiske pumper: b) NEG pumpe NEG: Non-evaporable getters

Andre kemiske pumper: c) Kryopumpe Adsorption baffle Desorptionsrate: dθ = n E B ν θ exp dt kbt θ: coverage, ν: attempt frequency Lennard-Jones 1932:

Rotationspumper (mekaniske pumper) Suspenderet i olie: => isolering mod lufttryk, => smøring, => beskyttelse mod korrosion. Benyttes til: Udpumpning af vakuumsystemet, Sidste pumpetrin i flertrins højvakuumog UHV sytemer Endetryk: 10-3 torr pumping speed: typical 2 l/s FY13 Spring 2004

Rotationspumpe Funktionsprincip FY13 Spring 2004

Trykmåling Grov vakuum to højvacuum (fra lufttryk til 10-3 Torr) Pirani gauge (resistive) Thermocouple Funktionsprincip: Temperature of a electrically Heated wire depends on heat conductive cooling by rest- Gas. Limit: radiative cooling >> heat conduction of rest gas FY13 Spring 2004

UHV trykmåling Ion gauge eller Hot cathode ion gauge Højvakuum til ultrahøjvakuum (10-4 to 10-11 Torr) Limit: x-rays induce secondary electrons -> mimic ion current FY13 Spring 2004

Læksøgning: He læksøgningsapparat FY13 Spring 2004

Restgasanalyse med kvadrupol massespektrometer (QMS) Ion trajectories Tuned mass Channeltron detector FY13 Spring 2004

Restgasspektrum

UHV restgasspektrum Total tryk omkring 10-10 mbar

Forelæsning 3, uge 6 Acceleratorteknologi Vakuum Vakuum, hvorfor? Hvad er vakuum? Hvordan frembringer man vakuum? Vakuum systemlayout, systemkriterier Magneter Konventionelle magneter -typer - designkriterier -materialer Superledende magneter -introduktion - teknologier -designs

Acceleratormagneter

Acceleratormagneter Konventionelle magneter = Magneter med strømførende, normalledende spoler med eller uden jernåg C-type H-type

H-type, højfelt window frame

Elektromagneter med jernåg Dipol Kvadrupol g B gap R NI B gap = μ 0 g db dx y = db dy x = μ 0 2NI 2 R

Dipolmagneter Magnetisk rigidity (=stivhed): B ρ = p e Magnetisk afbøjning: θ sin = 2 hvisθ << π / 2 : θ lb Bρ l = 2ρ lb 2( Bρ)

Kvadrupol fokussering Fokusseringsevne (eng. focussing strength): k = 1 db Bρ dx z Δx = θ = Δx = f 1 = kl x f lb = Bρ l( dbz / dx) x Bρ = lkx

Shimning

Fokussering af dipoler Δl = x 0 tan Ψ Δl Δα = = x ρ 0 tan Ψ ρ

Begrænsning: magnetiseringsmætning af jern Mætning af jern magnetisering μ r -> 1 Rampning af magnetfelt: Hvirvelstrøm i spole og åg! => laminering af åg

Superledning Opdaget 1911 af Heike Kamerlingh Onnes i Leiden, NL. Nobels pris 1913 1986: K.A Müller and G. Bednorz opdager høj temperatur superledning på IBMs forskningslaboratorium i Rüschlikon, Schweiz. Nobels pris 1987.

Superledende faser Meissner Ochsenfeld effekt => Superledere er (næsten) Perfekt diagmagnetisk

Superledende magneter cos Θ magnet CERNs LHC dipolmagnet a I B z = μ0 2a 0

2D spolekonfigurationer

2D superledende spoledesign Dipol Kvadrupol

Superledende kabler

Spolegeometri

Example: CERN LHC magnet Specifikationer: B max 8.3 T ΔB/B < 10-4 T op 1.9T L 14.3 m Bρ 23.4 KTm # in machine: 1232

Nye teknologier: Højtemperatur superleder (HTS) 2. generations HTS

Højtemperatur superleder (HTS) Anvendes også i andre brancher: El forsyning: kabler and fejlstrømsrelaiser Maglev tog Generatorer og skibsmotorer