מגנט שש קוטבי

מגנט השש קוטבי (באנגלית: Sextupole Magnet) הוא מגנט המשמש מאיצי חלקיקים למיקוד החלקיקים ושמירתם יחד. המגנט יוצר נקודת מיקוד אחת לאלומת החלקיקים ופועל כך שנקודת המיקוד הנוצרת היא ביחס פרופורציונלי למרחק של חלקיקים ממרכז המגנט.

קווי שדה של מגנט שש קטבי אידיאלי.

המגנט בנוי משישה אלקטומגנטים זהים. האלקטרומגנטים הללו מסודרים בסדר קטבים הפוך לסירוגין. כלומר, קוטב צפוני של אחד צמוד לקוטב דרומי של המגנט הסמוך לו.

עיצוב האלקטרומגנט השש קוטבי לרוב כולל שישה קצות מוט פלדה. הפלדה מתמגנטת על ידי זרם חשמלי גדול שזורם בסליל מתכת המלופף מסביב למוטות, דבר שיוצר את השדה המגנטי אשר שומר את האלומה ביחד.

לרוב משתמשים במגנט שש קוטבי כדי לתקן את השיבוש הנגרם על ידי המגנט הארבע קוטבי.

שימושים

1. מגנט שש קוטבי משמש בעיקר במאיצי חלקיקים. במאיצי חלקיקים יוצרים בצורה מבוקרת התנגשויות חלקיקים בנקודות ספציפיות. הבעיות הגדולות במאיצי חלקיקים הן בעיות כרומטיות (חוסר מיקוד של החלקיקים באלומה כקבוצה אחת) ולכן משתמשים באמצעים המתקנים את בעיות אלו - מגנט שש קוטבי.
2. העברת אלקטרונים מיקרוסקופית - טכניקה מיקרוסקופית שבה מועברת אלומת אלקטרונים דרך עצם כדי ליצור תמונה. התמונה נוצרת על ידי האינטראקציה שמבצעים האלקטרונים עם העצם דרכו הם עוברים. בגלל השימוש בעדשות אופטיות נוצרת סטייה ספרית הגורמת לפיזור אלומת האלקטרונים. משתמשים במגנט שש קוטבי על מנת לתקן סטייה זו.

במאיצי חלקיקים

אלקטרו-מגנט שש קוטבי. במגנט זה עושים בו שימוש בסינכרונטרון שבאוסטרליה כדי לתקן את הסטיות הכרומטיות של אלומות אלקטרונים.

במאיצי חלקיקים האנרגיה גבוהה מאוד ולכן משתמשים בהסטה מגנטית החזקה יותר מהסטה אלקטרוסטטית. משתמשים בכוח לורנץ: $F=q(E+v*B)$ המאפשר למספר מגנטים היוצרים את "הסריג" הנחוץ כדי לכופף, לכוון ולמקד אלומת חלקיקים טעונה.

המגנט הארבע קוטבי משמש כדי לאחד ולמקד את אלומת החלקיקים אך יכולת המיקוד שלו תלויה באנרגיה של החלקיק אותו הוא מנסה למקד. כלומר, ככל שאנרגיית החלקיק גבוהה יותר נקודת המיקוד של אותו חלקיק רחוקה ולהפך. לכן, המגנט יכול למקד לאותה נקודה רק חלקיקים באותה רמת אנרגיה.

מאחר שהמגנט הארבע קוטבי אינו ממקד את כל אלומת החלקיקים לאותה נקודה, נחוץ מגנט שש קוטבי אשר יכולת המיקוד שלו תלויה במרחק של החלקיקים ממרכז המגנט שבו הם עוברים וכך אלומת החלקיקים כולה מתמקדת לאותה נקודת מיקוד.

בעיות עם המגנט השש קוטבי

ישנן מספר בעיות עם המגנט השש קוטבי: השדות השש קוטביים אינם-ליניארים (מה שאומר שהם תלויים בתוצר של התזוזה הרוחבית), והם תלויים גם בהסטה האופקית וההסטה האנכית. זה מוביל לביטויים מתמטים שאי אפשר לחשב ברוב המקרים. דבר שדורש להשתמש בהשערות והערכות כדי לחשב את השפעת המגנט על האלומה. בנוסף, המגנט עלול להעיף חלק מהחלקיקים מהמסלול הקבוע ולהאבד בקירות האלומה - לצאת ממנה. דבר זה מגביל את האזור היציב שהחלקיקים יכולים לנוע בו במאיץ.

קישורים חיצוניים

• Sextupole magnet Kai HockCockcroft Institute / Liverpool University June 22, 2010 - עמוד 1 (באנגלית)
• European X-Ray Free-Electron Laser Facillity GmbH Annual Report - עמוד 77 (באנגלית)