Låt oss spekulera lite kring en DIY linjär partikelaccelerator.

Ska försöka sammanfatta vad jag tänkt mig för typ då det finns många olika sorter. Orkar inte hålla på att googla alla tekniska termer så vi pratar om detta som vi gör runt ett fikabord.

Först, jag behöver en protonkälla. Det är enkelt förutom vakuumet, men det återkommer jag till.
En kammare med högt vaccum(lågt? säger man så? Ni förstår...)
Denna kammare innehåller elektromagneter, och efter att ha sugit ut gas och kanske ersätt luften som är kvar med någon ädelgas, typ helium, så injicerar jag en mindre mängd av, vi kan ta väte som exempel.
Detta vätet försätter jag i plasmatillstånd för att fördela elektronerna från protonerna, antingen med en elektrisk ark, eller med ett starkt elektromagnetiskt fält.
Sen får magneterna separera elektronerna från protonerna och skicka ut dessa i vakuumröret(driftröret).

Driftröret kommer tyvärr vara kort, vilket innebär att jag INTE kommer kunna ha flerstegs accelerering på protonerna med hjälp av RF kring boosterringar eftersom frekvensen behöver vara vansinnigt hög, och jag kan inte spika ihop en "Gyrotron". Den högsta frekvensen jag kan nå upp till med rimlig budget som jag kommit fram till nu är 10 ghz, och det endast med en signalstyrka på, pyttelite.

Driftröret kommer vara i vacuum. Både magneter i antingen "Halbach array", permanenta neodymhistorier kombinerat med elektromagnetisk förstärkning, eller helt enkelt "Quadrupole" magneterkonfiguration, tillsammans med elektromagnetisk förstärkning.

Protonsamlingen kommer även att centreras mot mitten med hjälp av "Einzel lenses".

Beroende på effektiviteten hos antingen "Einzel lenses" eller de mer avancerade magnetiska "linserna" så kommer jag välja det enklaste.


Sen kommer vi till det svåra... Vacuumet och boosterringarna. Vakuumet tänker jag mig en vanlig kompressor, modell starkare, kanske från kylskål eller vem vet vad som en skrot har att erbjuda. Förslag som finns i skrot mottages varmt. Sedan funderar jag på att spika ihop en "oil diffusion pump", alternativt en, kommer inte ihåg namnet, men en slags stark vätskestråle som sprutar ut genom ett rör, och friktionen mellan vattenstrålen och gasen i vakuumet är tydligen tillräckligt för att komma ner på riktigt låga nivåer.
Utöver detta funderar jag även på att värma upp hela systemet så mycket jag kan innan jag byter ut luften i det mot någon ädelgas som reagerar mindre med protonerna.

Boosterringarna är det svåraste. Säg att jag vill bygga en linjär variant på 1 meter, för resonemangets skull. Jag skulle behöva komma upp i flera hundra GHz för det. Det går inte.

Det är där jag behöver hjälp med innovativa lösningar, utöver övriga tankar om det ovan.

Det jag kommit fram till hittills är att det finns inga microship som har den sampleraten/upplösningen att den kan utlösa varje boosterring ens i närheten. Jag funderar då på att istället för att använda RF, och göra en ring först positiv, sen när protonen passerat, negativ, så funderar jag på att göra är att använda en högspänningskondensator till varje ring, och om det finns, jag har inte forskat på detta ännu, men kanske även 2 högspänningskondesatorer till varje ring, där den ena är negativt laddad, och den andra är positivt laddad som kan utlösas i princip direkt efter varandra. Jag har funderat på andra kretsar, men inga kretsar är snabba nog för att hastigheten på protonerna som redan hunnit igenom hela röret innan spänningen hunnit växla med låt säga en spole eller något sådant.

Alternativet är då högspänningskondensatorer, positiva sådana som utlöses direkt när protonsamplingen är i mitten av ringen, och tajma detta på något sätt. Då funderar jag på vad för typ av källa jag kan använda för att utlösa dessa så snabbt som krävs. Ljus är för snabbt, och jag vet inte hur lång tid det tar från att den fotodetektor utlöser någon form av högspänningsrelä osv. osv. Och om jag även gör så, och har en spänning på en ring som är X KW, varför ska jag då ha 2 boosterringar där en är lägre spänning i än den andra. Då räcker det ju med en. Och då kan jag ju lika gärna bara sätta en stark som fan i början, och sen se till så att jag håller strålen fokuserad genom röret. Men jag vill ha mer effekt.

Så hur skulle ni göra för att dels skapa ett högt vakuum i ett system, billigt.

Men främst, hur skulle ni göra för att få en serie av boosterringar att helst via AC fungera på en så hög frekvens? Alternativt, går det att få AC på 1 ring med hjälp av 2 olika, en negativt laddad och en positivt laddad kondensator?
Och om jag då har 3 sådana på rad, och protonstrålen går i... jättefort. Hur ska jag lösa ut dessa snabbt nog i serie synkroniserat utan att ha tillgång till högspännings AC-källor?

Gör jag mig själv förstådd med problemet? Går detta att lösa? Hur tänker ni? Är detta ens möjligt eller måste man bygga en enklare variant?

(Detektionen och det är löst. En elektronmultiplikator med eventuellt fosforskikt eller vad det nu är man kan använda sig av, eller sparkgeneratorer med viss gas i sig är för komplext, så jag tänkte mig en enklare "cloud chamber")

Detta är endast hypotetiskt då jag gillar teorin, men saknar nog pengarna till detta.

Låt oss spekulera lite kring en DIY linjär partikelaccelerator


Alltså förr räckte det med att ungdomarna fick en hundvalp, en kattunge, en kanin eller ett par marsvin så var de nöjda.. Nu behövs det tydligen andra större saker, kan man tro...

Nja det finns ju en anledningen till att linjära acceleratorer är långa, det är pga att det är svårt att accelerera partiklar på korta sträckor helt enkelt för att man inte kan hålla de höga frekvenser som skulle behövas.

Man bygger acceleratorer av speciella rör, där tätningarna är typ en kopparring. Koppar är rätt så mjuk, och när den spänns fast mellan två plana flänsar så gör bultarnas tryck det att kopparen tätar.

Jag skulle inte tro att det går att bygga sådana här manicker med delar ifrån någon VVS-butik, tex Rinkaby Rör.
Det räcker med hårfina otätheter så blir vakuumet inte tillräckligt bra. Tex klämringskopplingar är förmodligen inte tillräckligt täta. Lödning kan dock duga


Du behöver först en förvakuumpump sen en kvicksilverdiffusionspump eller oljediffusionspump. Förvakuumpumparna som användes är oftast de sk kapselpumparna med olja som täningsmedel mellan kamrarna, och brukar ha ett gränsvakuum på runt 0,02 torr.

Vanliga kompressorer och tex kylkompressorer har inte tillräckligt bra gränsvakuum för de är inte byggda för detta. De duger inte ens som förvakuum.

Kvicksilverdiffusionspumpar är numera helt ute ur produktionen bortsett ifrån speciallab som inte kan använda oljepumpar, bla pga att oljemolekylerna kan störa vissa processer. Pga att oljorna inte är helt resistenta i miljön därinne emot tex termisk sönderdelning.

En oljediffusionspump kan man nog svetsa ihop, men då antagligen bara med typ TIG, det måste nämligen bli helt tätt. Det måste också vara en metall som tex rostfritt, skulle tro att koppar inte duger pga att kopparmetallen brukar vara reaktiv gentemot oljor av de flesta slag, autokatalytisk oxidation av oljorna via syrgas bla.

Dessa rör som används är särskilt speciella rör som man tex kan "baka" i hög värme för att bli av med restmolekyler som sitter på insidan av rören. Därför är det inte så vanligt med sk O-ringar av gummi, utan man har istället mjuka metaller som tätningsringar el dyl...

Vakuummätaren tex en Penning-vakuummeter är dock en dyr pryl, men behövs om du ska kunna mäta de 10^-6 - 10^-8 torr du behöver

Det verkar dock enklare att köpa grunkorna på eBay skulle jag tro - Man kan hitta en del kul saker på skrotar, tex så fanns det för länge sedan en masspektrometer på en skrot i Skåne kommer jag ihåg. - Men hela RF-modulen hade brunnit så det var inget att ta vara på.

Nej det här är nog fel hobby att satsa på - Det finns ju enklare och billigare hobbies

Nu är jag förvisso runt 30 och ingen ungdom. Men nog om det.

Ja, det finns en anledning till att de är långa. Anledningen är som jag skrev, för att frekvensen annars skulle behöva vara för hög för en Gyrotron. Det skrev jag väl? En partikel(med vilomassa) kan man ju accelerera på i princip en planklängd endast med hjälp av en spänningsskillnad. En kondensator accelererar ju partiklar till och med över den tunna isolerande filmen mellan metallen. Nu svävar vi dock iväg lite.

Driftröret är inte heller något problem, varför jag inte nämnt något om det. De är inte heller speciellt "speciella" rör. Och kopplingarna däremellan är ju en ren teknikalitet för att sammanfoga flera längder, vilket inte ens är aktuellt i mitt fall.

Hårdlödning, svetsning, svarvade kanaler med metalliska tätningsringar och bultar är alternativen jag har för att sammanfoga de delar som behöver sammanfogas.
Nackdelen med hårdlödning är att hela systemet eventuellt ska hettas upp för att minska densiteten på gasen i acceleratorn innan man sätter igång pumparna. (Man gör även så med LHC)

Jag vet inte heller varför du tror att jag ska knalla ner till någon VVS-butik och skruva ihop lite avloppsrör och leva på hopp och drömmar. Har jag gett det intrycket? Jag är vetenskapligt skolad och jag vill diskutera teorin bakom detta, inte huruvida du med dina kunskaper tror att någon annan skulle göra det.

LHC använder såväl svetsade kopplingar som klämringskopplingar, så jag måste säga att jag blir lite tveksam till om du har någonting att tillföra mig detta ämnet.
Lödningar är dock den sämsta lösningen. Varför löda när man kan svetsa? Speciellt när systemet ska värmas upp, och vissa komponenter kylas ned. Har du försökt hårdlöda ihop större metallstycken någon gång? Speciellt metaller som har en väldigt hög smältpunkt vilket innebär att man inte får den legeringen man önskar. Svetsa är ju det självklara där klämringskopplingar inte duger.
Men som sagt, nu är inte det något problem som jag ens har tagit upp eftersom det inte är någonting jag behöver någon hjälp med.

Ja... Jag skrev ju en oljediffusionspump... En "Kvicksilverdiffusionspump" existerar väl inte ens längre? Vad skulle fördelen vara att använda kvicksilver istället för olja? Funktionen är densamma, men Kvicksilver är både giftigt och har högre kokpunkt, och då lägre ångtryck per energi. Varför?

"Kapselpump" är ju en variant av en kolvpump bara att den har en cirkulär rörelse, lite som en Wankelmotor eller en så kallad "Roots blower". Den är långt mycket mindre effektiv och jag förstår inte varför man idag skulle använda en sådan. Är dessa billiga eller? Förpumparna är i princip alltid "turbomolekylära pumpar", alltså turbinpumpar, som sen i sin tur är kopplade till oljediffusionspumpar med silikonolja i.

Nae, jag har kollat lite på siffror på enklare kommersiella kompressorer och sådana saker, och ingen är tillräcklig som förpump, och det verkar som att jag skulle få bygga en egen diffusionspump om jag skulle vilja ha en då de är ganska dyra, men relativt enkla i konstruktionen.
Dock GÅR det ju, det är bara en fråga om tid.

Sen skriver du att Kvicksilverdiffusionspumparna är borta, förutom i de lägen där oljan inte får störa systemet. Det är ju ett relativt gediget filter mellan diffusionspumpen och vakuumkammaren, så varför skulle dessa filter inte fungera när det fungerar för LHC? Oljan hamnar ju inte inne i kammaren, och det är ju en inbyggd kondensdel utöver filtret. Den termiska sönderdelningen förstår jag inte vad du menar med, för hela funktionen med en diffusionspump är ju att hetta upp oljan för att få ångtrycket att riktas i den riktningen man vill ha ut gaserna så att friktionen mellan ångan och gasatomerna "drar" med sig ut gasen. Likadant finns det ju pumpar med en enkel högtrycksstråle av typ, vatten eller något, som sprutar ut genom ett rör med täta marginaler som då också drar med sig gasen ut via friktionen mellan strålen och gasen.

Tillverkningen av en sådan pump är inga problem det heller. Jag har till och med en CAD-ritning på en prototyp på en sådan gjort i Solid Works som jag dessutom tror är lättare att bygga än de kommersiella alternativen som finns. Maskinpark med allt vad det innebär har jag tillgång till om jag nu skulle vilja bygga något sådant.
Koppar går bra tillsammans med silikonolja. Mässing är väl det bästa, men det är svårt att arbeta med.

Det där om tätningsringar och allt det där vet jag redan och frågar inte om något sådant.

Dock ligger du i spannet i vakuum som jag skulle behöva ligga runt. Optimalt lite lägre. Dock använder jag mig av mbar, men med förändringsfaktorn så hamnar jag runt där, men skulle egentligen vilja kunna ligga lite lägre.
Sen ska man komma ihåg att det är en väldigt väldigt kort pryl jag teoretiserar, därför är ett högt vakuum inte lika viktigt då det per längd protonsamlingen färdas inte är lika många atomer i vägen på grund av den korta biten dessa ska färdas.

Jo men RF-modulen på en masspektrometer är fortfarande för låg. Dock skulle det vara jävligt intressant att hitta en sådan på tippen. Finns en del intressanta saker man kan plocka från den, som detektorer och liknande, alltså elektronmultiplikatorer, och pumpar.

Det är inte heller en hobby, utan jag diskuterar rent teoretiskt. Tack snälla för ditt svar, men du har egentligen inte svarat på någonting.


Som sidnot funderar jag på om man skulle kunna använda IR-laser med antenner på typ... 1/1000 mm för att med hjälp av den spänningen om den lilla går att avläsa använda för att utlösa kondensatorer. Dock är det svårt att bygga så små antenner. Elektroplätering ligger väl närmast till hands. Det behöver ju inte bli exakt avstämt så länge den elektriska signalen är stark nog för att kunna avläsas. Då är det "bara" att synka tiden det tar för det att utlösas, och sen fästa boosterringarna med sådant mellanrum att protonpaketet är på rätt ställe när laserns fas är rätt. Dock ser jag massor med svårigheter där, men det är där jag är inne och funderar nu.