En vy sett i början av en turné |

Vad är TRIUMF?

TRIUMF är Canadas nationella laboratorium för partikelfysik och acceleratorbaserad vetenskap. Det är också platsen för världens största cyklotron och en viktig skapare av medicinska isotoper. Anläggningen ligger i Vancouver på universitetet i British Columbia campus. Men det drivs av ett konsortium av kanadensiska universitet. Gratis turer erbjuds besökare som är välkomna att ta fotografier. Laboratoriet är en fascinerande plats att utforska och lära sig om vetenskap.

I den här artikeln beskriver jag en del av utrustningen i TRIUMF-laboratoriet och inkluderar observationer gjorda under en guidad tur i anläggningen med studenter. Många intressanta saker kan ses under turnén och guiderna är kunniga. Synen på all den komplexa utrustningen som används för att utforska mysteriet och kraften i den subatomära världen är fantastisk.

TRIUMF står för Tri-University Meson Facility. Anläggningen drevs ursprungligen av tre närliggande universitet, University of British Columbia, Simon Fraser University och University of Victoria. Ytterligare kanadensiska universitet är nu involverade. En meson är en typ av subatomär partikel.

Ett imponerande datacenter på TRIUMF |

Guidad tur

Guidningen för allmänheten äger rum klockan 13 på onsdagar och varar i en timme. TRIUMF-webbplatsen bör kontrolleras före ett besök för att se om denna information har ändrats. Turnén är gratis men registrering krävs. Besökare kan registrera sig online.

Baserat på mina erfarenheter av min skolas fältresa finns det tre huvudområden som visas för besökare. Efter en förklaring av cyklotronmodellen i mottagningsområdet är den första synen en stor hall fylld med många typer av utrustning och flera pågående experiment. Det är fascinerande att se, men för ett oerfaret öga ser det lite oorganiserat ut. Systemet är dock uppenbart effektivt eftersom TRIUMF gör värdefullt arbete.

Efter att ha sett sevärdheter på flera nivåer i hallen går turen till kontorsområdet. Här kan datacentret med sina många datorer och flera informationsskärmar ses. På kontorsområdet finns också intressanta bilder relaterade till anläggningen.

Toppens höjdpunkt är besöket i Meson Hall. Fler experiment kan ses här, men höjdpunkten är att vara nära den största cyklotronen i världen. Hallen beskriver också användningen av anläggningens cyklotroner inom medicin.

Gruppturer i TRIUMF (bestående av sex eller fler personer) äger för närvarande tisdagar och torsdagar kl. 10 och 14. De är gratis att delta men måste bokas minst två veckor i förväg.

De höga travarna med förskjutna block täcker cyklotronvalvets tak och absorberar strålning. Lamporna indikerar att cyklotronen och två strålningslinjer är i drift. |

Meson Hall

Cyklotronen ligger under jorden på en plats som kallas cyklotronvalvet. Det är för farligt att besöka enheten när den arbetar på grund av den strålning som frigörs när partiklar bryts ned. Ytarean nära den operativa cyklotronen är dock säker för människor. Förskjutna staplar av betongblock täcker området där enheten faktiskt är belägen och absorberar strålningen.

Syftet med cyklotronen är att producera en intensiv stråle av mycket energiska protoner som rör sig i enorm hastighet. Protonerna som kommer ut från enheten har en maximal energi på 500 miljoner eV (elektronvolt) och en maximal hastighet på 224 000 km per sekund, eller tre fjärdedelar av ljusets hastighet. Protonerna skickas längs strålslinjer till olika platser för experiment eller för medicinskt bruk.

Titta i den andra riktningen i Meson Hall; staplarna med block täcker en specifik balklinje |

Struktur av en cyklotron

Inuti en cyklotron finns en cylindrisk vakuumtank som innehåller två halvcirkelformade, ihåliga och D-formade elektroder, kända som avgifter. De raka sidorna av deeserna vetter mot varandra, som visas på videoskärmen nedan. Det finns ett smalt gap mellan elektroderna. Vid detta gap är avgifterna anslutna till en enda växelspänningskälla, eller en oscillator. Varje dee är ansluten till en annan terminal på oscillatorn. Som ett resultat skapas en elektrisk potentialskillnad och ett elektriskt fält över gatan.

En stor magnet finns både ovanför vakuumtanken och under den. Magneterna är anordnade så att motsatta poler vetter mot varandra och därigenom skapar ett magnetfält i tanken.

Beamlines skickar partiklar i vakuumtanken och tar bort dem efter sin resa. Liksom tanken innehåller strålkastarna ett vakuum för att förhindra att partiklarna kolliderar med de i luften.

Accelererande partiklar

Så fungerar en cyklotron: En grundläggande översikt

Laddade partiklar tappas in i mitten av gapet mellan degen genom ett rör som kallas en injektionsstrålningslinje. Partiklarna kommer in i en dee och reser genom den via en cirkulär bana. En positiv partikel dras mot den som har en negativ potential och en negativ partikel dras mot den positiva. Polariteten över mellanrummet mellan avgifterna växlas varje gång partikeln når luckan för att dra partikeln in i motsatt dee.

När partikeln går genom det elektriska fältet i gapet får den energi och accelererar. Denna process upprepas flera gånger, vilket gör att partikelns energi och hastighet gradvis ökar när den reser runt dees (även om "gradvis" fortfarande är en snabb process). Att lägga till all energi som partikeln behöver via en resa genom ett elektriskt fält är inte praktiskt eftersom det skulle behövas en enorm spänning för att skapa fältet.

En accelererad partikel i ett magnetfält följer en krökt bana, varför partiklarna följer en cirkulär väg genom avgifterna. När partiklarnas acceleration och energi ökar, reser de sig längs en cirkel med en bredare och bredare diameter och spiral utåt genom avgifterna. När partiklarna når den yttersta delen av elektroderna dras de ut genom ett rör som kallas en yttre balklinje. Strålen med mycket energiska partiklar riktas sedan mot atomer i ett mål.

En översikt över TRIUMF Cyclotron

Hur används de accelererade partiklarna?

Partiklarna som frigörs från cyklotronen används ibland för att bryta upp atomer för att studera deras struktur. Ett annat syfte med partiklarna är att skapa och studera exotiska partiklar, vilket kan hjälpa forskare att förstå universum och dess skapande. Ännu ett syfte med partiklarna är att skapa medicinska isotoper för diagnos och behandling av sjukdomar.

Ett diagram över en cyklotron |

Fler fakta om TRIUMF Cyclotron

Partiklarna som matas in i TRIUMF-cyklotronen är vätejoner. Varje jon består av en proton och två elektroner. Elektronerna avlägsnas från vätejonerna i slutet av sin resa genom cyklotronen och skapar isolerade protoner. Elektronerna tas bort när vätejonerna rör sig genom ett tunt skikt folie, vilket tar bort de lätta elektronerna.

TRIUMF-anläggningen innehåller också mindre cyklotroner som producerar partiklar med lägre energi. Dessutom har vissa strållinjer från huvudcyklotronekstraktprotoner med lägre energier än andra.

Ett intressant triviafakta som inte finns på displaykortet nedan är att cyklotronen accelererar 1000 biljoner partiklar per sekund.

Inte så triviala fakta om cyklotronen

Ett magnetfält

Även om strålningen från cyklotronen är blockerad och inte når Meson Hall når ett magnetfält besökarna. Fältet är ofarligt för människokroppen och skadar inte kreditkort eller elektroniska apparater för konsumenter. TRIUMF rekommenderar att personer med implanterad medicinsk utrustning undersöker läkaren om enheternas känslighet för magnetfält. Exempel på enheter vars funktion kan påverkas inkluderar pacemaker, shunts och stents och infusionspumpar.

En intressant effekt av magnetfältet är att pappersklipp står på slutet när de tappas nära cyklotronen. Även de äldre studenterna från min skola gillade att släppa och bära pappersklipp för att se resultaten.

Om du vill ha en förhandsvisning av en turné eller en ersättningsturné är videon nedan bra att titta på. Det inkluderar vyer av stående pappersklipp nära början. TRUMFs webbplats är också värt att titta på. Den tillkännager specialevenemang som lokalbefolkningen kan delta i och har också nyheter som besökare online kan läsa.

En TRIUMF Lab Walkthrough eller Mini-Tour

Medicinska isotoper

Isotoper är former av ett element vars atomer har fler neutroner än normalt. Vissa isotoper är stabila, men andra bryts ner strax efter att de bildas och släpper strålning under processen. Dessa isotoper är kända som radioaktiva isotoper eller radioisotoper. De flesta radioisotoper är skadliga för människor, men vissa är inte skadliga när de används i små och mycket specifika mängder och är faktiskt användbara i medicin. Medicinska isotoper används för både diagnos och behandling.

Vissa radioisotoper används för att förstöra cancertumörer. Andra används som spårare som gör det möjligt för läkare att följa en viss process i kroppen. De används också för att ge en användbar bild av ett specifikt område i kroppen. Radioisotoperna integreras i en process eller ett område - ofta efter att de är fästa vid en bärarsubstans som normalt finns i kroppen - och släpper strålning. Strålningen skadar inte patienten utan kan upptäckas, vilket hjälper läkare att diagnostisera ett hälsoproblem.

TRIUMF producerar medicinska radioisotoper för PET-avbildning (Positron Emission Tomography). En positron är den antimateriella versionen av en elektron. Positroner frigörs från kärnan i de medicinska isotoperna när de bryts ned i kroppen. Positronerna interagerar sedan med närliggande elektroner. Denna process förstör både positronerna och elektronerna och utlöser strålning i form av gammastrålar. Strålningen upptäcks i avbildningsprocessen.

Medicinska isotoper på TRIUMF

Säkerhetsfrågor

För de flesta finns det inga säkerhetsproblem relaterade till ett besök på TRIUMF. Det kan dock finnas undantag för vissa människor. Små barn måste förhindras från att röra vid saker som de ser, med undantag för saker som är avsedda att röra, som pappersklipp. Eftersom det finns en hel del steg att klättra under turnén kanske det inte passar personer med vissa hälso- eller rörlighetsproblem. Det potentiella effekterna av magnetfältet på medicinska implantat är en annan möjlig säkerhetsfråga, som nämnts ovan. Mer information om säkerhet finns på anläggningens webbplats. Webbplatsen har också information om hur du kommer till anläggningen.

När besökare lämnar forskningsområdet på anläggningen och går tillbaka till receptionen passerar de genom en strålningsdetektor. Alla studenter och personal från min skola hade ingen detekterbar strålning i kroppen. Anläggningen utför också regelbundna kontroller av miljön som omger anläggningen och finner ingen ökad strålning utöver den normala bakgrundsnivån. Personalen är väl medveten om både fördelarna och de potentiella farorna med sitt arbete och ser till att säkerheten bibehålls. Jag har inga bekymmer om att ta en turné igen och ser fram emot mitt nästa besök. TRIUMF är en fascinerande plats.

referenser

Information om cyklotroner från Columbia University i New York

PET-skanninformation från John Hopkins Medicine

Vanliga frågor om medicinska isotoper och cyklotroner från TRIUMF-laboratoriets webbplats