مغناطيس ثنائي القطب

المغناطيس ثنائي القطب هو أبسط أنواع المغناطيس . له قطبان، أحدهما شمالي والآخر جنوبي. تشكل خطوط مجاله المغناطيسي حلقات مغلقة بسيطة تخرج من القطب الشمالي، وتعود للدخول عند القطب الجنوبي، ثم تمر عبر جسم المغناطيس. أبسط مثال على المغناطيس ثنائي القطب هو المغناطيس القضيب . ^{[ 1 ]}

في مسرعات الجسيمات ، يُستخدم مغناطيس ثنائي القطب لتوليد مجال مغناطيسي متجانس على مسافة معينة. تتحرك الجسيمات في هذا المجال بشكل دائري في مستوى عمودي على المجال وموازٍ لاتجاه حركة الجسيمات، وتكون حرة الحركة في الاتجاه العمودي عليه. وبالتالي، فإن الجسيم الذي يُحقن في مغناطيس ثنائي القطب سيسلك مسارًا دائريًا أو حلزونيًا . وبإضافة عدة أقسام ثنائية القطب على نفس المستوى، يزداد تأثير الانحناء الشعاعي للحزمة.

في فيزياء المسرعات ، تُستخدم المغناطيسات ثنائية القطب لتحقيق انحناءات في المسار التصميمي (أو "المدار") للجسيمات، كما هو الحال في المسرعات الدائرية. وتشمل الاستخدامات الأخرى ما يلي:

• حقن الجسيمات في المسرع
• قذف الجسيمات من المسرع
• تصحيح أخطاء المدار
• إنتاج إشعاع السنكروترون

يمكن وصف القوة المؤثرة على جسيم مشحون في مسرع جسيمات من مغناطيس ثنائي القطب بقانون قوة لورنتز ، حيث يتعرض الجسيم المشحون لقوة مقدارها

${\displaystyle \mathbf {F} =q\mathbf {E} +q\mathbf {v} \times \mathbf {B} }$

( بوحدات النظام الدولي للوحدات ). في حالة مغناطيس ثنائي القطب لمسرع الجسيمات، ينحني شعاع الجسيمات المشحونة عبر الضرب الاتجاهي لسرعة الجسيم ومتجه المجال المغناطيسي، مع اعتماد الاتجاه أيضًا على شحنة الجسيم.

تُعدّ قوة التأثير التي يُمكن تطبيقها على جسيم مشحون بواسطة مغناطيس ثنائي القطب أحد العوامل المُحدِّدة لمُسرِّعات البروتونات والأيونات الحديثة في السنكروترون والسيكلوترون . فمع ازدياد طاقة الجسيمات المُسرَّعة، تزداد الحاجة إلى قوة أكبر لتغيير اتجاهها، وبالتالي إلى مجالات مغناطيسية (B) أقوى لتوجيهها. وتتطلب القيود المفروضة على قوة المجال المغناطيسي التي يُمكن توليدها باستخدام المغناطيسات الكهربائية ثنائية القطب الحديثة زيادة حجم السنكروترونات/السيكلوترونات (وبالتالي زيادة عدد المغناطيسات ثنائية القطب المُستخدمة) للتعويض عن الزيادة في سرعة الجسيمات. في أكبر سنكروترون حديث، وهو مصادم الهادرونات الكبير ، يوجد 1232 مغناطيسًا ثنائي القطب رئيسيًا تُستخدم لثني مسار حزمة الجسيمات، يزن كل منها 35 طنًا متريًا. ^{[ 2 ]}

في مسرعات الجسيمات الحديثة، تُغذّى المغناطيسات ثنائية القطب بمصادر طاقة عالية الاستقرار ومُتحكّم بها بالتيار، ما يجعلها تعمل بكفاءة كمولدات تيار مستمر دقيقة. ولأن المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الكهربائي يتناسب طرديًا مع التيار المار في ملفاته، فإن استقرار مصدر الطاقة ومستوى الضوضاء فيه يُعدّان من المعايير الحاسمة. تتطلب المتطلبات النموذجية لمصادر ضوء السنكروترون والمنشآت المماثلة استقرارًا طويل الأمد للتيار أفضل من 10 أجزاء في المليون (ppm) على مدى 8 إلى 24 ساعة، بينما تكون الدقة عمومًا أفضل من 100 جزء في المليون. تضمن هذه المواصفات الدقيقة بقاء المجال المغناطيسي مستقرًا بما يكفي للحفاظ على مسار الحزمة وجودتها أثناء تشغيل المسرع. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تشمل الاستخدامات الأخرى للمغناطيس ثنائي القطب لتحريف الجسيمات المتحركة قياس كتلة النظائر في قياس الطيف الكتلي ، وقياس زخم الجسيمات في فيزياء الجسيمات .

تُستخدم هذه المغناطيسات أيضاً في أجهزة التلفاز التقليدية، التي تحتوي على أنبوب أشعة الكاثود ، وهو في الأساس مُسرِّع جسيمات صغير . تُسمى مغناطيساتها بملفات الانحراف . تُحرِّك هذه المغناطيسات نقطة واحدة على شاشة أنبوب التلفاز بطريقة مُتحكَّم بها في جميع أنحاء الشاشة.

• فيزياء المسرع
• خط الشعاع
• السيكلوترون
• الكهرومغناطيسية
• مسرع الجسيمات الخطي
• مسرع الجسيمات
• مغناطيس رباعي الأقطاب
• مغناطيس سداسي الأقطاب
• مغناطيس متعدد الأقطاب
• حلقة تخزين

• الوسائط المتعلقة بالمغناطيس ثنائي القطب على ويكيميديا ​​كومنز