سیستم کولینگ چیست

بسم الله الرحمن الرحیم

۱-    سیستم کولینگ چیست؟ وظیفه اصلی سیستم کولینگ چیست؟ انواع آن؟ مزایا و معایب هر کدام؟

سیستم های خنک کاری کاربرد های وسیعی در صنعت شامل خنک سازی قطعات الکترونیکی،نیروگاهای حرارتی ، نیروگاهای هسته ای و ….دارد. خنک‌کننده‌ها در حالت کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند. سیستم‌های خنک‌کاری هوایی یا Air Cooling و سیستم‌های خنک‌کاری آبی یا Water Cooling. البته بعضی از مواقع از نیتروژن مایع و موادی مشابه آن استفاده می‌کنند تا شدت خنک کرده کاری را افززایش دهند. سیستم های خنک کننده آبی همون طور که از اسمش هم پیداست به وسیله ی خنک کننده های آبی خنک می شود. این سیستم کولینگ از رادیاتور که برای خنک کردن اب استفاده میشه و پمپ که اب رو به جریان در میاره و لوله هایی که اب در اونها جریان داره تشکیل شده است.سیستم خنک کاری هوایی از تعدادی لوله های انتقال حرارت و انواع پره های برای خنک کاری تشکیل شده است. در نیروگاه بسته به شرایط اقلیمی یکی از انواع خنک کاری انتخاب می کنند. از مزایا خنک کننده آبی در قطعات الکتریکی مخصوصا کامپیوتر  می توان به موارد زیر اشاره کرد.]۱۰[

۱-    خنک کننده تمام قطعات۲-  به پایین ترین درجه حرارت رساندن قطعات ۳- خنک کننده آبی ساکت تر از خنک کننده هوایی میباشد ۴- فضای مرتب داخل کیس کامپیوتر

اما خنک کننده های آبی شامل عیوبی هم می باشند.

۱-    ریختن آب و خراب شدن قطعات ۲- نصب دشوار ۳- قیمت بالا

مهم‌ترین عامل در تأمین آسایش، سرمایش مطلوب فضای زندگی است چراکه محققان دریافته‌اند که کارایی انسان دردماهای بالای ۲۴ درجه سانتی‌گراد به‌صورت هنگفتی کاهش می‌یابد.

عموماً برای تأمین سرمایش فضاها دو نوع سیستم متداول است که یکی سیستم سرمایش تراکمی و دیگری سیستم سرمایش جذبی است. تفاوت عمده این دو سیستم ناشی از وجود متراکم کننده در سیستم تراکمی و جایگزینی ژنراتور و ابزوربر به‌جای آن درسیستم‌های سرمایشی جذبی است.]۱۰[

هدف از ایجاد این تغییرات کمینه‌سازی مصرف انرژی الکتریکی است چراکه متراکم کننده موجود در سیستم‌های تراکمی برای متراکم کردن سیالی مبرد، انرژی الکتریکی زیادی را می‌طلبد درصورتی‌که در سیستم‌های جذبی، تنها منابع استفاده‌کننده از انرژی الکتریکی پمپ‌ها هستند که به‌مراتب مصرف انرژی الکتریکی کمتری دارند.

چیلرها ازجمله تجهیزات بسیار مهم در سرمایش هستند که می‌توان آن‌ها را به دودسته چیلرهای تراکمی و چیلرهای جذبی تقسیم کرد. به‌طورکلی چیلرهای تراکمی از انرژی الکتریکی و چیلرهای جذبی از انرژی حرارتی به‌عنوان منبع اصلی برای ایجاد سرمایش استفاده می‌کنند.]۱۱[

چیلر از کلمه لاتین Chill به معنای سرد کردن گرفته‌شده است. در این نوع سیستم خنک‌کننده کمپرسور انرژی خود را از الکتروموتور دریافت می‌کند و گاز را متراکم می‌کند. گاز فشرده‌شده در کندانسور به کمک آب یا هوای محیط خنک شده و به مایع تبدیل می‌شود این مایع تحت‌فشار پس از گذشتن از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک‌کننده (Evaporator) می‌گردد که در فشار کمتری قرار دارد و باعث تبخیر مایع می‌شود و مایع سردکننده حرارت نهان تبخیر خود را از محیط خنک‌کننده می‌گیرد و باعث سرد شدن موادی می‌شود که با خنک‌کننده در تماس هستند. گاز ناشی از تبخیر، به کمپرسور منتقل‌شده و چرخه تکرار می‌شود. شکل (۱) یک نمونه چیلر تراکمی در زیر نشان داده‌شده است. یک چیلر تراکمی شامل اجزای گفته‌شده در سیکل تبرید تراکمی است. در اواپراتور چیلر آب سرد تولیدشده و از آن برای مصارف گوناگون ازجمله تهویه مطبوع استفاده می‌شود. در این صورت آب سرد توسط پمپ سیرکولاسیون سیکل بسته‌ای رابین او اپراتور و فن کویل یا دستگاه هواساز طی می‌کند. کندانسور نیز توسط آب‌خنک می‌شود که در برج خنک‌کن حرارت آن بازیابی می‌شود.]۱۱[

chiler-jazbi  
شکل۱: نمای خارجی یک چیلر تراکمی

در سرمایش به روش جذبی انرژی سیستم به‌جای برق از گرما تأمین می‌شود. این گرما می‌تواند از بخار حاصل از گرمای یک مشعل گازسوز یا گازوئیل سوز باشد که مستقیماً در مولد بخار دستگاه عمل می‌کند. یا این‌که گرما از مشعل مستقیماً به مولد تبرید دستگاه داده شود. واحد جذبی ابزوربر تحت خلأ کار می‌کند. که در آن نقطه‌جوش آب به حد کافی برای تأمین شرایط آسایش پایین می‌آید. فناوری تبرید جذبی روشی مناسب برای تهویه مطبوع مرکزی در تأسیساتی است که ظرفیت دیگ اضافی داشته و می‌توانند بخار یا آب داغ موردنیاز برای راه‌اندازی چیلر را تأمین نمایند. در سیستم‌های جذبی معمولاً از آب به‌عنوان مبرد استفاده می‌شود.

سیستم‌های جذبی با دو ماده جاذب و مبرد کار می‌کنند. توضیح مختصر درباره نحوه‌ی کار این سیستم‌ها بدین نحو است که ماده‌ی مبرد در داخل اواپراتور با گرفتن گرمای محیط بخار شده و در ابزوربر جذب ماده‌ی جاذب می‌شود. محلول به وجود آمده در ابزوربر به‌وسیله‌ی پمپ به ژنراتور منتقل‌شده و در آنجا با دادن حرارت به ژنراتور بخار مبرد از ماده‌ی جاذب جدا می‌شود. ماده‌ی جاذب به ابزوربر برمی‌گردد و بخار مبرد به‌منظور مایع شدن وارد کندانسور می‌گردد. سپس با عبور از شیر فشارشکن فشار مبرد پایین می‌آید و برای تکمیل چرخه وارد اواپراتور می‌گردد. همان‌طور که مشخص است تنها پمپ احتیاج به کار مکانیکی دارد که در مقایسه باکار کمپرسور موجود در سیستم‌های تراکمی بسیار کمتر است. ]۱۱[

وظیفه اصلی سیستم کولینگ کاهش دمای انواع قطعات در صنعت می باشد.

۲-    فیزیک سیستم کولینگ ؟ اجزا و وظیفه هر جز؟

سیستم های کولینگ انواع متفاوتی دارند و هر یک با توجه به صنعت مورد کاربرد خاصی دارند در ابتدا سیستم کولینگ موتور را بررسی می کنیم.

سیستم کولینگ زیر را در نظر بگیرید این سیستم شامل آبگردان(داخل بلوک سلندر و سر سیلندر)، رادیاتور، پمپ آب، ترموستات، فن خنک کننده، شیلنگ و دیگر اجزا تشکیل شده است.

شکل۲: سیستم کولینگ موتور

خنک کننده که در آب گردان گرم شده داخل رادیاتور پمپ می شود جایی که در آن توسط فن خنک شونده، خنک میشود.پس از اینکه خنک کننده سرد شد توسط پمپ آب به داخل موتور پمپ می شود و باعث سرد شدن موتور خواهد شد.

رادیاتور:عمل خنک کردن مایع خنک کننده را بر عهده دارد. رادیاتور شامل یک مخزن بالایی و مخزن پایین تر، و یک هسته است که دو مخزن متصل می شود.

سر رادیاتور: سر رادیاتور از نوع فشار است و که رادیاتور متصل شده  و فشار را از رایاتور به مایع خنک کننده کسترش می دهد.

مخزن: مخزن برای گرفتن مایع خنک کننده استفاده می شود.

پمپ آب:  در سیستم کولینگ پمپ آب برای گردش اجباری مایع خنک کننده استفاده می شود.

ترموستات: ترموستات شامل یک نوع شیر به صورت خودکار است که به وسیله  نوسانات در دمای مایع خنک کننده عمل میکند.

اکثر سیستم لوله کولینگ از سه بخش اصلی اواپراتور، قسمت ادیاباتیک و کندانسور تشکیل شده است.

شکل ۳: سیستم کولینگ و اجزای آن

اجزا اصلی سیستم‌های تبرید جذبی عبارت‌اند از:]۱۴[

الف) اواپراتور ب) ابزوربر ج) کندانسور د) ژنراتور ه) شیر فشارشکن محلول و) شیر فشارشکن مبردی) پمپ

-اواپراتور:

مبرد توسط سیستم توزیع خاصی به‌صورت کاملاً یکنواخت روی دسته لوله‌های آب برگشتی از ساختمان ریخته و به دلیل فشار پائین محفظه اواپراتور تبخیر شده و باعث سرد شدن آب داخل لوله‌ها می‌شود.

ابزوربر:

لیتیوم بروماید توسط سیستم توزیع به‌صورت کاملاً یکنواخت روی لوله‌ها می‌ریزد، بخار مبرد تولیدشده در اواپراتور توسط محلول لیتیوم بروماید در ابزوربر جذب می‌گردد.

 ژنراتور:

محلول لیتیوم بروماید که پس از جذب بخار مبرد در ابزوربر رقیق‌شده برای احیا شدن وارد ژنراتور شده و حرارت می‌بیند، دراثرحرارت دریافتی بخار مبرد از لیتیوم بروماید جداشده و محلول لیتیوم بروماید غلیظ شده برای استفاده مجدد از طریق مبدل حرارتی راهی ابزوربر می‌شود.

 کندانسور:

بخار مبرد تولیدشده توسط ژنراتور در کندانسور به دلیل تبادل حرارت با آب ورودی از برج خنک‌کننده تقطیرشده و جهت استفاده مجدد راهی اواپراتور می‌شود.


شکل ۴: شماتیک کلی چیلر جذبی تک‌اثره آب خنک

چیلرهای جذبی از بعضی جهات شبیه چیلرهای تراکمی عمل می‌کنند که مهم‌ترین این شباهت‌ها عبارت‌اند از:

– در اواپراتور از گرمای آب تهویه ساختمان برای تبخیر یک مبرد فرار در فشار پایین استفاده می‌گردد.

– گاز مبرد فشار پایین از اواپراتور گرفته‌شده و گاز مبرد فشار بالا به کندانسور فرستاده می‌شود.

– گاز مبرد در کندانسور تقطیر می‌گردد.

– مبرد در یک سیکل همواره در گردش است.

تفاوت‌های اصلی چیلرهای جذبی و تراکمی عبارت‌اند از:]۱۶[

– چیلرهای تراکمی برای گردش مبرد از کمپرسور استفاده می‌کنند درصورتی‌که چیلرهای جذبی کمپرسور نداشته و به‌جای آن از انرژی گرمایی منابع مختلف استفاده کرده و غلظت محلول جاذب را تغییر می‌دهند، همچنان که غلظت تغییر می‌کند، فشار نیز در اجزای مختلف چیلر تغییر می‌کند. این اختلاف فشار باعث گردش مبرد در سیستم می‌گردد.

– ژنراتور و جذب کننده در چیلرهای جذبی جانشین کمپرسور در چیلرهای تراکمی شده است.

– در چیلرهای جذبی از یک جاذب استفاده می‌شود که عموماً نمک لیتیوم بروماید است.

– مبرد در چیلرهای تراکمی یکی از انواع کلروفلئوروکربن ها یا هالوکلروفلئوروکربن ها است درحالی‌که در چیلرهای جذبی مبرد معمولاً آب است.

– چیلرهای تراکمی انرژی موردنیاز خود را از انرژی الکتریکی تأمین می‌کنند درحالی‌که انرژی ورودی به چیلرهای جذبی از آب گرم یا بخار واردشده به ژنراتور تأمین می‌شود. گرما ممکن است از کوره هوای گرم یا دیگ آمده باشد. در بعضی‌اوقات از گرمای سایر فرایندها نیز استفاده می‌شود مانند بخار کم‌فشار یا آب داغ صنایع، گرمای بازگرفته شده از دود خروجی توربین‌های گازی و یا بخار کم‌فشار از خروجی توربین‌های بخار

مهم‌ترین مزایای چیلرهای جذبی نسبت به چیلرهای تراکمی عبارت‌اند از:

۱٫ صرفه‌جویی در مصرف برق:

چیلرهای جذبی از گاز طبیعی، گازوئیل یا گرمای تلف‌شده به‌عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می‌کنند و مصرف برق آن‌ها بسیار ناچیز است.

۲٫ صرفه‌جویی در هزینه خدمات برق:

در همه پروژه‌های نصب سیستم شبکه الکتریکی هزینه‌ها بر اساس حداکثر توان مصرفی سیستم تعیین می‌شود. یک چیلر جذبی به دلیل اینکه برق کمتری مصرف می‌کند، هزینه خدمات را نیز کاهش می‌دهد.

۳٫ بهبود راندمان دیگ‌ها در تابستان:

در مراکزی مانند بیمارستان‌ها که در تمام طول سال برای سیستم‌های استریل کننده، اتوکلاوها و سایر تجهیزات به بخار احتیاج دارند از دیگ‌های بخار بزرگی استفاده می‌کنند که معمولاً در طول تابستان با بار کمی کار می‌کنند. نصب چیلرهای جذبی بخار در چنین مواردی موجب افزایش بار و مصرف بخار تولیدی در تابستان برای تولید سرما شده و درنتیجه کارکرد دیگ‌ها و راندمان سیستم افزایش خواهد یافت.

۴٫ بازگشت سرمایه‌گذاری اولیه:

چیلرهای جذبی به دلیل نیاز کمتر به برق در مقایسه با چیلرهای تراکمی، هزینه‌های کارکردی را کاهش می‌دهند. اگر اختلاف قیمت یک چیلر جذبی و یک چیلر تراکمی هم‌ظرفیت را به‌عنوان میزان سرمایه‌گذاری و صرفه‌جویی سالانه از طریق کاهش یافتن هزینه‌های انرژی را به‌عنوان بازگشت سرمایه در نظر بگیریم، می‌توان گفت که بازگشت سرمایه‌گذاری صرف شده برای نصب چیلرهای جذبی کوتاه‌تر از چیلرهای تراکمی خواهد بود.

۵٫ کاهش صدا و ارتعاشات:

ارتعاش و صدای ناشی از کارکرد چیلرهای جذبی به‌مراتب کمتر از چیلرهای تراکمی است. منبع اصلی تولیدکننده صدا و ارتعاش در چیلرهای تراکمی، کمپرسور است. در چیلرهای جذبی کمپرسور حذف‌شده و تنها منبع مولد صدا و ارتعاش در آن‌ها پمپ‌های کوچکی هستند که برای به گردش درآوردن مبرد و محلول لیتیم بروماید کاربرد دارند.

۶٫ حذف مخاطرات زیست‌محیطی ناشی از مبردهای مضر:

چیلرهای جذبی برخلاف چیلرهای تراکمی از هیچ‌گونه ماده CFC یا HCFC که موجب تخریب لایه ازن می‌شوند، استفاده نمی‌کنند. بنابراین برای محیط‌زیست خطری ایجاد نمی‌کنند. اگرچه امروزه در بسیاری از آن‌ها از گازهای بی‌ضرر نظیر R134 استفاده‌شده است. چیلرهای جذبی غالباً از آب به‌عنوان مبرد استفاده می‌کنند. با توجه به اینکه استفاده از یک چیلر جدید در هر شرایطی، یک سرمایه‌گذاری بیست‌وچندساله است، و قوانین و مقررات مربوط به مبردها دائماً تغییر می‌کند می‌توان نتیجه گرفت استفاده از مبردی طبیعی مانند آب در چیلرهای جذبی گزینه‌ای بسیار منطقی به‌حساب می‌آید.]۱۶[

۷٫ کاستن از میزان تولید گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌ها:

میزان تولید گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن که تأثیر قابل‌توجهی در گرم شدن کره زمین‌دارند و هم‌چنین آلاینده‌هایی مانند اکسیدهای گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق توسط چیلرهای جذبی در مقایسه با چیلرهای تراکمی بسیار کمتر است.

انواع چیلرهای جذبی

چیلرهای جذبی از نوع جاذب مایع

پرکاربردترین و معروف‌ترین زوجه‌ای به‌کاررفته در چیلرها به شرح ذیل است:

الف) آب (مبرد) و لیتیم برماید (جاذب) ب) آب (جاذب) و آمونیاک (مبرد)

چیلرهای جذبی لیتیم برماید آب

          لیتیم برماید نقش جاذب و آب نقش مبرد را در این چیلرها ایفا می‌کند. لیتیم و بروماید به ترتیب از خانواده فلزات قلیایی و هالوژن‌ها هستند. ترکیب این دو عنصر، نمکی به نام برو مور لیتیم بروماید است که به‌شدت جاذب رطوبت است و همچنین ماده پایداری بوده و غیرقابل تجزیه است. ازآنجاکه آب در این سیستم‌ها نقش مبرد را دارد پس باید فشار اواپراتور به‌قدری پایین باشد تا آب در دمای پایین تبخیر شود. بنابراین نمی‌توان باوجود آب به دمای زیر صفر دست پیدا کرد، علاوه بر این آب در فشار پایین دارای گرمای نهان بالایی است که می‌تواند بار برودتی زیادی را تأمین کند به همین دلیل است که این زوج جاذب و مبرد در مصارف تهویه مطبوع مکان‌های عمومی و ساختمان‌های بزرگ مانند هتل‌ها، بیمارستان‌ها و …کاربرد وسیعی دارند.

از دیگر ویژگی‌های این سیستم‌ها، استفاده از آب به‌عنوان ماده‌ی سردکننده است که مزایایی نظیر گرمای نهان تبخیر بالا، خورنده نبودن، ارزانی و فراوانی نسبی است. همچنین می‌توان به تبخیر نشدن ماده‌ی جاذب این سیستم‌ها به‌عنوان دیگر مزیت آن اشاره کرد. اما استفاده از این سیستم‌ها باوجود مزایایی که دارد معایبی همچون نیاز به فشار تبخیر پایین آب و قابلیت انجماد آسان لیتیوم برماید را دارا است. مسئله‌ی بسیار مهم در این سیستم‌ها پدیده‌ی کریستالیزاسیون است. یخ بستن محلول لیتیوم بروماید و متبلور شدن آن را کریستالیزاسیون گویند و گرچه این عمل به دستگاه صدمه نمی‌زند، اما جریان محلول را مسدود می‌کند. از بین بردن پدیده کریستالیزاسیون همواره یکی از دغدغه‌های کمپانی‌های سازنده چیلر جذبی بوده است.

بنابراین برای جلوگیری از وقوع این پدیده که موجب ازکارافتادن دستگاه و صرف وقت طولانی برای رفع آن می‌شود نیاز به یک کاربر مجرب تأسیساتی با کمک لوازم کنترلی دقیق احساس می‌شود.]۱۱[

مزایا و معایب سیستم‌های ذکرشده در بالا را می‌توان به‌صورت زیر جمع‌بندی کرد:

مزایا:

۱)  ماده‌ی جاذب در این سیستم‌ها (لیتیم برماید) تبخیر نشدنی است، بنابراین دیگر نیازی به جداسازی ماده‌ی مبرد از ماده‌ی جاذب نداریم.

۲)  تولید سرمایش بالا به علت گرمای نهان تبخیر بالای آب

۳)  تبدیل‌شدن آسان از حالت چیلر به هیتر

۴)  عدم استفاده از مبردهای CFC

۵)  سیال مبرد (آب) ارزان، در دسترس و بی‌اثر است.

معایب:

۱)  به علت این‌که باوجود آب نمی‌توان به دماهای زیر صفر دست پیدا کرد، بنابراین این سیستم‌ها قابل‌استفاده در سیستم‌های تبرید نیستند.

۲)  وجود پدیده کریستالیزاسیون

۳)  وسایل کنترلی دقیق و گران

۴)  این سیستم تحت خلأ (فشار نزدیک به صفر مطلق) کار می‌کند، بنابراین با ورود هوا فشار آن به‌تدریج بالا رفته و کارایی دستگاه کاهش می‌یابد.

چیلرهای جذبی آب آمونیاک

در چیلرهای جذبی آب – آمونیاک، آب به علت قابلیت جذب بالای بخار آمونیاک نقش جاذب و آمونیاک نقش مبرد را دارد. می‌توان با چیلرهای جذبی آب – آمونیاک، به علت دارا بودن فشار بخار بالای آمونیاک به دماهای زیر صفر دست پیدا کرد. بنابراین از این چیلرها در سیستم‌های تبرید استفاده می‌شود.

برخلاف سیستم‌های لیتیوم برماید – آب، ماده‌ی مبرد این چیلرها گران، دسترسی به آن سخت و سمی بوده و نشت آن به خارج آلودگی محیط‌زیست را در پی دارد. همچنین آب در درون ژنراتور این سیستم‌ها بخار شده و به همراه بخار آمونیاک خارج می‌شود و باید برای جداسازی ماده‌ی مبرد و جاذب از قسمت‌های اضافی استفاده کرد.

ازجمله دلایلی که از این سیستم‌ها بیشتر به‌صورت پکیج در اماکن استفاده می‌شود، می‌توان به عدم وجود کریستالیزاسیون درنتیجه عدم استفاده از سیستم‌های کنترلی پیچیده و بهره‌برداری آسان آر آن‌ها اشاره کرد. این سیستم‌ها بار سرمایشی زیادی تولید نمی‌کنند، اما از مهم‌ترین دلایل کارایی این سیستم‌ها بالا بودن قابلیت حل آمونیاک در آب در فشارهای بالا و دماهای پایین است که عمل افزایش فشار سیال در گردش سیکل به این شکل به بهترین نحو انجام می‌شود. خواص ترمودینامیکی آمونیاک قابلیت تبدیل این سیستم‌ها را برخلاف لیتیم برماید – آب از چیلر به هیتر غیرممکن می‌سازد.]۱۶[

مزایا و معایب ذکرشده در بالا برای این سیستم‌ها را می‌توان به‌صورت زیر جمع‌بندی کرد:

مزایا:

۱)  دستیابی به دمای زیر صفر

۲)  سیستم کنترلی آسان و ارزان

۳)  کارایی بالای این سیستم‌ها به علت قابلیت بالای حل آمونیاک در آب در فشار بالا و محیط سرد

معایب:

۱)  به‌کارگیری قطعات جانبی برای جداسازی ماده‌ی جاذب از مبرد و درنتیجه حجیم شدن دستگاه و افزایش قیمت آن

۲)  عدم استفاده از این سیستم‌ها به‌عنوان هیتر

۳)  ماده‌ی مبرد سمی و گران

۴)  تولید بار سرمایشی پایین در قیاس با چیلرهای جذبی لیتیم برماید – آب

۵)  استفاده از لوله‌های فولادی بدون درز به‌جای لوله‌های مسی به علت واکنش آمونیاک با مس و ترکیبات آن و درنتیجه کاهش ضریب انتقال حرارت و گران‌تر شدن دستگاه.

چیلرهای جذبی ازنظر چرخه تغلیظ ماده جاذب

چیلرهای جذبی به دو نوع متداول تک‌اثره و دواثره تقسیم‌بندی می‌شوند]۱۲[

چیلرهای جذبی تک‌ اثره

چیلرهای جذبی تک‌نفره از اواپراتور، کندانسور، ژنراتور، ابزوربر، پمپ و مبدل حرارتی تشکیل‌شده است. شکل (۵) نمای خارجی یک چیلر جذبی تک‌اثره را نشان می‌دهد.

absorption-chiller
شکل۵: نمای خارجی یک چیلر جذبی تک‌اثره

در این سیستم ابتدا آب که نقش مبرد را دارد با گرفتن گرمای محیط در اواپراتور بخار شده و وارد ابزوربر می‌شود. در آنجا پس از ترکیب با محلول رقیق خروجی از ژنراتور تولید گرما می‌کند، که این گرما توسط آبی که از برج خنک‌کن وارد ابزوربر می‌شود یا به‌وسیله‌ی فن از ابزوربر خارج می‌شود. حال محلول غلیظ به وجود آمده در ابزوربر توسط پمپ برای پیش گرم شدن وارد مبدل حرارتی و سپس ازآنجا وارد ژنراتور می‌شود. در ژنراتور با گرفتن گرما مبرد از ماده‌ی جاذب جدا و برای سرد شدن و کاهش فشار به ترتیب وارد کندانسور و شیر فشارشکن می‌شود، تا سیکل تکمیل شود. محلول رقیق تولیدشده در ژنراتور، با عبور از مبدل حرارتی و دادن مقداری از گرمای خود به محلول غلیظ خروجی از پمپ وارد ابزوربر می‌شود.

شکل۶: سیکل ترمودینامیکی طی شده در چیلر جذبی تک‌اثره

همان‌طور که در شکل (۶) مشاهده می‌شود، اواپراتور و ابزوربر در یک پوسته قرار می‌گیرند تا بخار مبرد در اواپراتور به‌طور پیوسته وارد ابزوربر شود، همچنین کندانسور و ژنراتور در سیستم‌های تک‌اثره در یک پوسته قرار می‌گیرد. برای بازیافت حرارت محلول خروجی از ژنراتور و انتقال آن به محلول خروجی از ابزوربر از یک مبدل حرارتی استفاده می‌شود.]۱۷[

چیلرهای جذبی دواثره

نحوه‌ی کار این چیلرها همانند چیلرهای جذبی تک‌اثره است و تفاوت مهم آن داشتن یک ژنراتور اضافی است. شکل (۷) یک سیکل ترمودینامیکی چیلر جذبی دواثره را نشان می‌دهد. برای درک بیشتر توضیحات ابتدا به معرفی غلظت‌های متفاوت محلول و سطوح متفاوت فشار پرداخته می‌شود. محلول غلیظ محلول خروجی از ابزوربر، محلول رقیق محلول ورودی به ابزوربر از ژنراتور فشار پایین و محلول میانی محلول خروجی از ژنراتور فشار بالا است. همچنین اواپراتور و ابزوربر دارای فشار پایین، کندانسور در فشار متوسط و ژنراتور فشار بالا در فشار بالا قرار دارد. آب در داخل اواپراتور پس از تبدیل‌شدن به بخار وارد ابزوربر می‌شود و محلول غلیظ حاصل پس از عبور از پمپ و مبدل حرارتی وارد ژنراتور فشار بالا می‌شود. در این مرحله محلول با گرفتن حرارت تجزیه‌شده و بخار مبرد وارد ژنراتور فشار پایین می‌شود، و در آنجا با انتقال حرارتش به محلول و عبور از شیر فشارشکن وارد کندانسور و سپس اواپراتور می‌شود. محلول میانی خروجی از ژنراتور فشار بالا پس از عبور از یک مبدل حرارتی و شیر فشارشکن وارد ژنراتور فشار پایین می‌شود و در آنجا با گرفتن حرارت بخارآب مجدداً مقداری از آب خود را به‌صورت بخار از دست می‌دهد و به‌صورت رقیق‌تری با عبور از یک مبدل حرارتی و شیر فشارشکن به ابزوربر برمی‌گردد تا سیکل کامل گردد.

شکل ۷: سیکل ترمودینامیکی طی شده در چیلر جذبی دواثره  

چیلرهای جذبی دواثره به دو صورت سری و موازی وجود دارند. نحوه‌ی عملکرد چیلرهای جذبی دواثره‌ی سری در قسمت قبل توضیح داده شد. در نوع موازی، محلول غلیظ خروجی از ابزوربر بین ژنراتورهای فشار بالا و فشار پایین تقسیم می‌شود. این دو جریان پس از رقیق شدن در ژنراتورها و قبل از بازگشت به ابزوربر مجدداً به یکدیگر می‌پیوندند. همان‌طور که مشخص است تفاوت سری و موازی در مسیر طی شده توسط محلول به سمت ژنراتورها است که باعث می‌شود سیکل سری نیاز به یک پمپ داشته باشد و درنهایت کنترل آن آسان شود، اما سیکل موازی نیاز به دو پمپ و در نتیجه کنترل پیچیده‌تر نسبت به سیکل سری داشته باشد. نکته‌ی آخر این‌که سیکل سری برای داشتن ضریب عملکرد برابر با سیکل جریان موازی نیاز به مبدل‌های بزرگتری دارد اما متداول‌تر است.]۱۷[

مقایسه‌ی چیلرهای جذبی تک‌اثره و دواثره:

تفاوت‌های رایج میان چیلرهای جذبی تک‌اثره و دواثره به شرح زیر است:

۱)  کارایی بهتر چیلرهای جذبی دواثره نسبت به تک‌اثره (ضریب عملکرد چیلرهای تک‌اثره و دواثره به ترتیب در حدود ۷/۰ و ۳/۱ می‌باشد)

۲)  بالا بودن مقدار گرمای ورودی موردنیاز ژنراتور چیلرهای تک‌اثره نسبت به دواثره (هرچند چیلرهای دواثره به منبع انرژی باکیفیت گرمایی بالاتری نیاز دارند)

۳)  مقدار گرمای اتلافی کمتر در ابزوربر و کندانسور چیلرهای دواثره نسبت به تک‌اثره به علت داشتن ضریب عملکرد بالا و درنتیجه نیاز به آب خنک‌کننده با دبی جرمی کمتر یا فن با توان کمتر برای خنک‌سازی

۴)  خطر خوردگی بالای چیلرهای دواثره نسبت به تک‌اثره (به علت این‌که چیلرهای دواثره در دمای بالاتری کار می‌کنند، پس برای ساخت آن‌ها از مواد مخصوصی استفاده می‌شود)

۵)  نیاز به سیستم کنترلی پیچیده برای جلوگیری از وقوع کریستالیزاسیون در چیلرهای دواثره (به علت سطح تبادل حرارت بالای چیلرهای دواثره)

چیلرهای جذبی بر اساس منبع گرمایی

چیلرهای جذبی بر اساس نحوه‌ی انتقال گرمابه ژنراتور به دو نوع شعله غیرمستقیم و شعله مستقیم تقسیم می‌شوند. در نوع شعله غیرمستقیم، گرمای موردنیاز به ژنراتور از آب داغ، بخار داغ، موتور ژنراتور و یا پیل سوختی تأمین می‌شود. در سیستم‌های تولید هم‌زمان توان و حرارت و برودت از این نوع چیلرها استفاده می‌شود.

در نوع شعله مستقیم، گرمای موردنیاز به‌صورت مستقیم و از طریق عمل احتراق در درون ژنراتور تأمین می‌شود. هزینه‌ی اولیه و نگهداری چیلرهای جذبی شعله مستقیم در قیاس با شعله غیرمستقیم بیشتر است.

چیلرهای جذبی بر اساس سیستم خنک کننده

چیلرهای جذبی بر اساس نحوه‌ی خنک‌کاری به دو نوع آب‌خنک و هوا خنک تقسیم می‌شوند. سیستم‌های آب‌خنک برای خنک‌کاری ابزوربر و کندانسور خود از جریان آب استفاده می‌کنند که این آب پس از خروج از چیلر برای انتقال گرمای خود به محیط و بازگشت به چیلر نیازمند برج خنک‌کن است. برج خنک‌کن استفاده شده در این سیستم‌ها از نوع تر می‌باشد که برای عمل خنک‌کاری نیاز به آب دارد.

سیستم‌های هوا خنک برای خنک‌کاری ابزوربر و کندانسور از جریان هوا که معمولاً توسط فن تولید می‌شود استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها دمای حباب خشک هوا تعیین‌کننده‌ی دمای ابزوربر و کندانسور خواهد بود درنتیجه ابزوربر و کندانسور این سیستم‌ها در دمای بالاتری کار می‌کنند که باعث افزایش دمای ژنراتور و درنهایت افت کارایی سیستم‌های هوا خنک نسبت به آب‌خنک می‌شود. مزیت سیستم‌های هوا خنک نسبت به آب‌خنک عدم نیاز به برج خنک‌کن و مصرف آب است، زیرا وجود برج خنک‌کن در سیستم باعث بالا بردن هزینه‌های اولیه، نگهداری مداوم و مکان فیزیکی مناسب می‌باشد.]۱۲[

۳-    پارامترهای فنی  سیستم کولینگ؟ با ذکر فرمول

۱-    عدد ناسلت  نسبت انتقال حرارت جابجایی درون درون یک فیلم سیال را به انتقال حرارت هدایت بیان می کند.طبق فرمول (۱) هر چه عدد ناسلت بزرگتر باشد انتقال حرارت جابجایی موثر تر است.

(۱)                   

 در فرمول بالا h  ضریب انتقال حرارت جابجایی و K  ضریب انتقال حرارت هدایت می باشد. ناسلت را می توان به صورت ناسلت محلی و ناسلت متوسط محاسبه کرد.

۲-    انتقال حرارت جابجایی Q=h(Ti-To) میزان حرارتی که از سیستم کولینگ دفع می شود توسط این رابطه نشان داده می شود.

۳-    بازدهی سیستم کولینگ که به صورت میزان حرارت اواپراتور  به حرارت ژنراتور تعریف می شود.

از طرفی می توان از معادلات ناویر استوکس و معادله انرژی برای به دست آوردن خطوط دما و خطوط جریان استفاده کرد که حل این معادلات نیاز به کامپیوتر های با قدرت محاسباتی بالایی می باشند.

شکل (۸) شماتیک کلی یک چیلر جذبی تک‌اثره آب‌خنک را نمایش می‌دهد. ابزوربر و کندانسور چیلرهای آب‌خنک توسط جریان آب خنک‌کننده که از برج خنک‌کن می‌آید خنک می‌شود.]۱۳[

Untitled.png
شکل۸: شماتیک کلی چیلر جذبی آب خنک ‌

داده‌های ورودی لازم برای تحلیل انرژی چیلر جذبی مدنظر عبارت‌اند از:

دمای ژنراتور، دمای اواپراتور، دمای کندانسور، دمای ابزوربر، بازده مؤثر مبدل حرارتی، بازده پمپو بار سرمایشی موردنیاز

برای تحلیل جرم، غلظت و انرژی سیستم تبرید جذبی تک‌اثره معادلات بقای جرم و قانون اول ترمودینامیک را برای آنکه به ترتیب در زیر آورده شده است، استفاده‌شده است

(۲)
(۳)
(۴)

که در معادلات بالا دبی جرمی،غلظت لیتیوم برماید در محلول،آنتالپی،و  به‌ترتیب بیانگر جریان ورودی و خروجی در حجم کنترل است.

معادلات نوشته‌شده برای اجزاء سیکل تبرید جذبی تک‌اثره به‌قرار زیر است:

۱)  اواپراتور

(۵)
(۶)  

که در معادله (۶)، حرارت اواپراتور است.

۲) ابزوربر

(۷)
(۸)
(۹)  

که در معادلات بالا و به ترتیب غلظت لیتیوم برماید در محلول غلیظ (محلولی که میزان آب بیشتری دارد) و محلول رقیق (محلولی که میزان آب کمتری دارد) و  حرارت ابزوربر است.

۲)  پمپ

(۱۰)
(۱۱)
(۱۲)
(۱۳)  

در معادله بالا  کار پمپ و  حجم مخصوص در نقطه‌ی ۱ هست.

۴) مبدل حرارتی محلول

(۱۴)
(۱۵)
(۱۶)
(۱۷)  

۵) کندانسور

(۱۸)
(۱۹)  

که در معادله (۱۹)  حرارت کندانسور می‌باشد.

۶)  شیر انبساط مبرد

(۲۰)
(۲۱)  

۷) شیر انبساط محلول

(۲۲)
(۲۳)  

۸) ژنراتور

(۲۴)
(۲۵)  

که در معادله (۲۵)، حرارت ژنراتور است.

و درنهایت راندمان سیکل از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید:

(۲۶)

۴-    يک شتاب دهندة خطي، وسيلهاي براي شتاب دادن به الکترونها يا ساير ذرات باردار و افزايش انرژي آن ها در يک مسير مستقيم مخفف Linac شناخته ميشود . کلمه Linac مي باشد که با عنوان ميباشد. يعني در اين نوع از Linear accelerator عبارت شتاب دهنده ها، ذرات باردار در مسير مستقيم در اثر ميدان الکتريکي حاصل از امواج الکترومغناطيسي شتاب ميگيرند . کلمة خطي در اين نوع، در مقابل انواع ديگر شتاب دهنده ها نظير سيکلوترون سينکروترون و بتاترون آورده شده است که در آن ها ذرات در حين شتاب گرفتن مسيرهاي غيرخطي را طي مي کنند. اصول عملکرد شتاب دهندة خطي، مشتمل براعمال يک اختلاف پتانسيل ميان دو پايانه است.]۱[

شتاب دهنده ها را از نظر ساختمان می توان به سه دسته تقسیم کرد:

الف) شتاب دهنده های الکترو استاتیکی ب)شتاب دهنده های خطی ج) شتاب دهنده های حلقوی.

شتابدهنده های الکترواستاتیکی : این شتابدهنده ها تنها یک اختلاف پتانسیل ایستایی بسیار زیاد ایجاد می کنند لذا ذرات باردار با حرکت در میدان الکتریکی حاصله قادر به جذب تا چند  MeV انرژی می باشند. لامپهای پرتو کاتدی که در تلویزیونها، مانیتورها و اسیلوسکوپها مورد استفاده دارند از این نوعند.

این شتابدهنده ها به عنوان اولین مرحله ی شتابدهنده های مدرن که شامل چند مرحله هستند مورد استفاده قرار می گیرد.

شتابدهنده های خطی : این شتابدهنده ها برای ذرات باردار سبک که سریعا نسبیتی می شوند (نظیر الکترونها) به کار میروند. در این شتابدهنده ها ذرات در مسیر مستقیم حرکت می کنند تا از تابش سیکلوترونی جلوگیری شود. در مسیر حرکت ذرات، در مکانهای معینی به آنها انرژی داده می شود.

شتابدهنده های حلقوی : مرحله ی اصلی اکثریت شتابدهنده های فعلی از این نوع است. در این شتابدهنده ها ذرات باردار در مسیری که اساسا دایره ای است بارها و بارها دور می زنند و در هر بار دور زدن مقداری انرژی به دست می آورند. هر چند که انرژی به دست آمده در هر دور بسیار کوچک است اما پس از تعداد کافی دور زدن انرژی ذرات به مقدار مورد نیاز رسیده و قابلیت استفاده را پیدا می کنند. این شتابدهنده ها به صورت ساده (نظیر سیکلوترون و یا بتاترون) و یا به صورت بهبود یافته (نظیر سنکروترون و یا سنکروسیکلوترون) ساخته می شوند.

ذراتی که می توانند شتاب بگیرند عبارتند از: یونهای مثبت ومنفی، الکترونها و ذرات بنیادی.

شتاب تاثیر زیادی در تولید انرژی دارد. و از طرفی نوعی شتاب تاثیر زیادی در تنش ها ایجاد شده روی سیستم کولینگ دارد بینابراین این دو نوع از شتاب نیازمند سیستم کولینگ متفاوتی هستند.]۲[

الکترون به دلیل سبک ترین ذره بودن سرعتش میتواند به سرعت نور بسیار نزدیک شود.ذره هرچه سنگینتر باشد درانرژیهای بالاتر به سرعت نور نزدیک میشود. مثلا درمورد الکترون درانرژیهای حدود ۱۰Mev  ویونهای سنگینتر از آن درانرژیهای حدود چندین  Gev سرعت به سرعت نور نزدیک خواهد شد. براین اساس شتابدهنده ها به دودسته تقسیم شده اند.

الف) شتابدهنده ذرات سبک، برای شتاب دادن به الکترون

ب)شتابدهنده ذرات سنگین،(پروتون، دوترون، آلفا و یونهای سنگین)

درشتابدهنده ها معمولا جرم ذرات بیشتر از جرم ذرات درحال سکون است، بخصوص درمورد الکترون زمانی

که گفته میشود الکترون نسبیتی، در انرژی۱۰۰Kev  افزایش جرمی درحدود ۲۰ درصد جرم درحال سکونش دارد این بدان معنی است که الکترون۱۰۰Kev  به اندازه۲۰  درصد از الکترون ساکن سنگینتر است.

الکترون با افزایش سرعتش به سرعت سنگین می شود اما ذرات سنگینتر تا یک حدی از انرژی جنبشی دارای جرم ثابت بوده و بعد از آن جرمشان به کندی افزایش یافته و در انرژیهای خیلی بالا حدود ۱۰Gev افزایش جرمشان در اثر سرعت مانند الکترون خواهد شد.شکل زیر این مطلب را نشان میدهد.

شکل ۹: خواص نسبیتی ذرات

در طبیعت چند عنصر رادیواکتیو وجود دارند که واپاشیده می شوند، ولی این امر فقط تعداد کمی از هسته ها را در پایین ترین حالت های انرژی آنها در برمی گیرد.اطلاعات اساسی ما راجع به ساختار هسته از واکنشهای هسته ای، فرایند واپاشی ناشی از واکنشهای هسته ای، و آزمایشهای پراکندگی نوکلئون-نوکلئون بدست آمده است.برای انجام واکنشهای هسته ای به انرژی چند میلیون الکترون ولت نیاز است تا برنیروی دافعه کولنی درون هسته ها غلبه کنند.ذرات با انرژیهای درحدودMev  و بالاتر فقط از طریق ساختن و به کارگرفتن شتابدهنده ها به دست می آیند.شتابدهی ذرات باردار از طریق قرار دادن آنها در یک میدان الکتریکی عملی می شود.ذرات باردار را عموما از چشمه های یونی بدست می آورند.در این چشمه ها در اثر تخلیه الکتریکی که از درون گاز می گذرد،الکترونهای اتم های گاز کنده می شوند و یا دربعضی موارد برآنها افزوده می شود.از سوی دیگر به آسانی می توان الکترونها را مانند لامپهای رادیو،از داغ کردن یک فلز بدست آورد.نحوه ی بکاربردن میدان الکتریکی،شتابدهنده ها را به دو دسته تقسیم می کند.در دسته ی اول ولتاژجریان مستقیم قوی برای شتابدهی در یک یا دو مرحله به کار می رود، و در دسته ی دوم ولتاژ بسامد رادیویی برای شتابدهی کم ولی در مراحل متعدد به کار می رود.

در دسته اول، ولتاژ یک طرفه را می توان یا با استفاده از روشهای مبدل و یکسوساز یا با استفاده از روش واندوگراف بدست

آورد.انرژی حاصل از همین ولتاژ پایانه را می توان،در شتابدهنده ی واندوگراف از نوع دومرحله ای افزایش داد.انرژی یک

شتابدهنده ی واندوگراف به ولتاژی محدود می شود که بتواند بدون شکست ولتاژ درپایانه برقرار بماند.انرژی های خیلی

بالاتری از شتابدهنده های نوع دوم که با ولتاژمتناوب با بسامد زیاد کار می کنند وذرات مکررا در آن شتاب داده می شوند

بدست آمده است.این نوع شتابدهنده ها عبارتنداز: سیکلوترونها،شتابدهنده های خطی،بتاترونها و سنکروترونها، که هرکدام از آنها خودانواع مختلف دارند.

شتابدهنده های یونی ومقوله طراحی وساخت آنها، یکی از اولویت های راهبردی وزارت علوم در زمینه علوم پایه و پزشکی

بوده و سیکلوترون در مقایسه با سایر شتابدهنده های موجود در جهان، به دلیل کمی حجم و اقتصادی بودن ساخت آن، کاربرد وسیعی در صنعت، پزشکی، آزمایشهای اتمی، هسته ای و فیزیک حالت جامد دارد.]۸[

۵-    در اکثر کشور های پیشرفته هر یک از شرکت ها یک قسمت از سیستم کولینگ را بر عهده دارد و یک شرکت خاص دیگر این قطعات را مونتاژ میکند. شرکت Concepts NREC بیشتر در طراحی و ساخت تربو ماشین ها فعالیت دارد. شرکت Horton Inc طراحی سیستم های خنک کننده موتور ها را بر عهده دارد. شرکت Cooligy, Inc., Div of Emerson Network Power در قسمت تولیدخنک کننده برای قطعات الکترونیکی و تراشه ها بیشتر فعالیت دارد.شرکت Diesel Radiator Company در تولید سیستم خنک کننده پیشرو و سیستم خنک کننده وسایل حمل و نقل فعالیت دارد.

۶- الف) American Standard (استاندارد امریکایی) با بالاترین رتبه بندی مصرف کننده، استاندارد آمریکایی به عنوان مخفف نام تجاری HVAC قابل اطمینان ترین در بازار تکنولوژی کارآمد خود و خدمات به مشتریان درجه یک و بی نظیر در صنعت می باشد. استاندارد آمریکایی دارای تنوع زیادی از گزینه های است که می توان انتخاب کرد. ب) Carrier نام تجاری کریر یکی از دقیق ترین تولید کننده ها سیستم کولینگ و سیستم های گرمایشی است. با توجه به این واقعیت است که کریر با استفاده از بهترین مواد با کیفیت برای ساخت محصولات خود را به قیمت کمی بالاتر از رقبای خود ارارائه می دهد. با این حال، ارزش خرید را دارد. ج) Trane ، TRANE بارها و بارها هم به یکی از مارک های قابل اطمینان ترین در جهان ثابت شده است. به عنوان یک نام تجاری مشهور جهان، Trane برای حمایت، با ضمانت ۱۰ ساله خود در سیستم های صاحبان قاب ها برای تعمیر و نگهداری و خدمات هزینه های نیروی کار مشهور است. با توجه به گارانتی کلاس اول Trane و کیفیت بالا، قابل فهم است که سیستم خود را در مقایسه با رقبای خود معمولا گران تر به فروش می رساند. د) Goodman یکی دیگر از نام تجاری است که نسبت به کریر و یا Trane محبوبیت کمتری دارد. ح) Rheem این برند تجاری نیز با ضمانت نامه قوی و استفاده از تکنولوژی یکی از برندهای قوی در سیستم های خنک کننده به حساب می آید. از دیگر برندهای تجاری معروف سیستم کولینگ می توان به برندهای تجاری Lennox ، York، Ruud ، Amana و Heil اشاره کرد.]۹[

۷-به دلیل گرمای شدیدی که در دیواره های کاواک ایجاد می شود، نیاز به طراحی سیستم خنک کننده با کارایی بالا می باشد. در اولین شتاب دهنده استاتیک میدان الکتریکی ذرات به انرژی های بالاتر با منبع ولتاژ معمولی شارژ می شوند. شتاب دهنده ها راه های جدیدی از پژوهش در فیزیک هسته ای، از جمله تولید هسته ناپایدار را به وجود آوردند. معیار انتخاب یک شتاب دهنده ویژگی پرتو ذره باردار است.فیزیکدانان برای کشف علم از مهندسین برای طراحی، ساخت، نصب ، کمیسیون و راندازی شتاب دهنده ها استفاده می کنند.در سیستم های کولینگ از آب یا هلیوم مایع برای کاهش  دمای اجزای شتاب دهنده استفاده می شود.آهن ربا های ابررسنا و سطوح شتاب دهنده از هلیوم مایع برای رسیدن به ابر رسانایی استفاده می کنند. شتاب‌دهنده ها از تکنولوژی بالایی برخوردار بوده و دارای اجزای مختلفی نظیر تفنگ الکترونی، کاواک، مداراک مولد فرکانس رادیویی، مگنت‌های خم‌کننده، سیستم خلاء، سیستم کولینگ، سیستم کنترل و خط انتقال باریکه می‌باشند.

براي شتاب دهنده هاي الکتروني، اغلب از دو ساختار موج ايستا (SW) و موج رونده (TW)  استفاده ميشود. اصول حاکم بر عملکرد اين دو ساختار يکسان است. ولي تفاوتهايي اساسي در نحوه طراحي اين ساختارها وجود دارد که برحسب نوع استفاده و پارامترهاي مورد نظر از جمله جريان و ديناميک باريکه ذرات مطلوب خروجي، توان قابل دسترس، طول مجاز و برخي عوامل ديگر مشخص مي شود. قسمت اصلي شتاب دهنده در هر دو نوع، از ي ک موجبر بارگذاري شده با صفحه تشکيل شده است.]۶[

اصول کارکرد تمامی شتاب دهندههای خطی یکسان میباشد، یعنی: ۱- شتاب الکترون -۲ پیروی از قوانین فیزیکی الکترومغناطیس. با این حال، کنترل پرتو، ایمنی، انعطاف پذیری سیستم به طور مداوم در حال بهبود است.

تشریح اصول کارکرد یک شتابدهنده خطی به ما کمک میکند تا بدانیم که چگونه پرتو تولید می شود. تا در نتیجه به بهینه کردن و به کار بردن صحیح آن اقدام کنیم. کاری که گروه فیزیسیست و مهندس دستگاه شتابدهنده به دنبال آن هستند. درصورت عدم شناخت صحیح  اصول عملکرد دستگاه شتابدهنده خطی؛ کنترل، بهینه سازی پارامترها و تعمیر دستگاه شتابدهنده خطی ناممکن خواهد بود.

۸- در پزشکی سیستم کولینگ در دستگاه های تشخیصی مانند توموگرافی ، محاسبه  تولید و گرمای تلف شده در طول فرآیند اسکن درون لوله به دلیل اشعه ایکس و سیستم درایو قابل استفاده هستند.اما در صنعت سیستم های خنک کننده ها در اکثر صنایع پتروشیمی، انرژی هسته ای و نیروگاه تحت عنوانی مانند برج های خنک کن استفاده می شود. همچنین برای خنک سازی قطعات الکترونیکی به ضورت آبی و هوایی نیز سیستم کولینگ قابل استفاده است.]۶[

در طول دهه هاي گذشته، صنايع براي توليد محصولات و خدمات مبتني بر شتاب دهنده وارد رقابت چشمگيري شده اند؛ زيرا پرتو دهي محصولات در منافع اقتصادي آن ها تأثير بسزايي داشته است. شتاب دهنده ها با تغيير مشخصات فيزيکي، شيمايي يا بيولوژيکي مواد و توليدات تجاري باعث مي شود تا بهره وري و ارزش توليدات بيشتر شود و يا آثار نامطلوب آن ها بر محيط زيست کاهش يابد. علاوه بر شتاب دهنده هاي باريکه الکترون از پرتو گاما و اشعه ايکس نيز جهت کاربرد هاي صنعتي استفاده مي کنند .در ادامه برخي موارد کاربرد اين نوع شتاب دهنده ها در صنايع گوناگون شرح داده مي شود.

پرتودهي مواد پليمري سبب ايجاد فرايندهايي همچون کيورينگ، پيوندعرضي، ديگريدينگ و غيره خواهد شد. از اين طريق زمان انجام فرايند، هزينههاي مرتبط با تأمين انرژي و همچنين مخاطرات زيست محيطي در مقايسه با فرايندهاي گرمايي معادل کاهش خواهند يافت.

پرتودهي مواد غذايي شامل پاستوريزه کردن، کلرزني و ايمن سازي ميباشد که علاوه بر سالم و بي خطر بودن، ارزش غذايي و کيفيت طعم مواد غذايي را از بين نميبرد و ميتواند زمان مصرف مواد غذايي را افزايش دهد. جلوگيري از جوانه زني مجدد در سيب زميني، پياز و سير شود، دفع حشرات از روي حبوبات و سبزيجات، از بين بردن انگل موجود در گوشت، بالا بردن مدت ماندگاري غلات – سبزيها و ميوه ها، تاخير در به عمل آمدن بعضي ميوه ها، حذف باکتريهاي بيماري زاي خطرناکي همچون ايکلي، سالمونلا و ليستريا موجود در غذاهاي دريايي خام و فيريز شده، گوشت قرمز و گوشت سفيد، پرتو دهي ادويه جات و محصولات غذايي خشک، استريليزه کردن گوشت قرمز، گوشت سفيد، غذاهاي دريايي از جمله موارد کاربرد پرتودهي در اين زمينه ميباشد. پرتودهي مواد غذايي سبب کاهش ميزان استفاده از، نگهدارنده هاي مصنوعي نيز خواهد شد.

استريليزه کردن تجهيزات پزشکي، استريل کردن مواردي همچون چاقوي کالبدشکافي، انبرک جراحي، گازهاي مورد استفاده براي پاک کردن خون، لباسهاي جراحي، سرنگ ها، تجهيزات ويژه انتقال خون، تجهيزات ساکشن و … را شامل مي شود . پرتودهي باريکة الکتروني با حفظ خواص و ويژگي هاي کالاي مورد پرتودهي سبب تخريب ميکروارگانيزمهاي آلوده کننده ميشود و اثرات مخرب گرمايي حاصل از پرتودهي با سامانههاي پرتودهي گاما را که به سبب قرار گرفتن مدت زياد محصول در معرض پرتو حاصل ميشود، به ميزان قابل توجهي کاهش مي دهد . در زمينه استريليزه کردن کالاهاي پزشکي، عمق نفوذ بالا مستلزم استفاده از انرژيهاي بالا مي باشد و با توجه به اينکه عموما بسته بنديهاي اين محصولات حجيم ميباشد، شتاب دهند ه هايي با انرژي بالا براي اين منظور مورد استفاده قرار مي گيرند.]۱۸[

افزايش آسيب هاي زيست محيطي و تخريب منابع طبيعي در سراسر جهان يکي از مشکلات قابل توجه کنوني به شمار مي آيد. از اينرو، با توجه به جدي بودن وضعيت و خطرات آينده اين بحران، نياز اساسي به توسعة فن اوري هاي پيشرفته براي کنترل عوامل آلايندة محيط زيست وجود دارد. استفاده از پرتو الکترون براي اين منظور مقرون به صرفه و قابل اعتماد است. باريکه الکترون باعث تغييرات اساسي در خصوصيات

آلاينده ها از قبيل انحلال پذيري، فراريت، واکنش پذيري، قابليت جذب و غيره مي شود. اخيراً، استفاده از شتاب دهنده ها براي کاربردهاي زيست محيطي در کشورهاي صنعتي بسيار مورد توجه قرار گرفته است.

يکي از کاربردهاي شتاب دهنده ها در حفظ محيط زيست،مديريت پسماندهاي هسته اي مي باشد. کنترل پسماندهاي هسته اي پرتوزا حاصل از واکنش شکافت در راکتورها يکي از چالش هاي عمدة زيست محيطي به شمار مي آيد که مي توان با کمک شتاب دهنده ها براي تبديل هسته هاي پرتوزا به ايزوتوپ هاي پايدار آن را برطرف نمود. همچنين مي توان با استفاده از رآکتورهاي زير بحراني که با استفاده از شتاب دهنده ها

بحراني مي شوند به انرژي الکتريسيته مطمئن، ارزان و بدون پسماندهاي هسته اي پرتوزا دست يافت.

از ديگر کاربردهاي شتاب دهنده ها در اين حوزه تصفية گازهاي حاصل از فرآيند احتراق است. اکسيد گوگرد و اکسيد نيتروژن که سبب ايجاد باران اسيدي مي شوند از گازهاي حاصل از احتراق مي باشند که مي توان با کمک شتاب دهنده ها ساختار دروني شان را تغيير داد و سپس توسط بخار آمونياک آن ها را خنثي نمود.]۱۸[

تصفية پسماندهاي شهري، صنعتي و بيمارستاني و همچنين پاکسازي خاک ها و آب هاي آلوده از ديگر کاربردهاي بسيار مهم شتاب دهنده ها براي حفظ محيط زيست مي باشد. گندزدايي از پسماند شهرداري و فاضلاب شهري، پاکسازي پسماندها و فاضلاب صنعتي و بيمارستاني از مواد مسموم کننده و هم چنين تجزية مواد سمي از آب ها و خاک هاي آلوده از اهداف اصلي به کارگيري شتاب دهنده ها مي باشد.

شتاب دهنده هاي ذرات در مراکز تحقيقاتي جهت کشف پديده هاي جديد و بررسي نظريه ها بسيار مورد استفاده قرار مي گيرند.

۹- پرتوهاي توليد شده توسط شتاب هنده هاي ذرات ، امروزه به مقابله با بسياري از چالش هاي روياروي بشر قرن ٢١ مي پردازد. اين چالش ها در حوزه هاي انرژي، محيط زيست، امنيتي و دفاعي، مراقبت هاي پزشکي، کشف پديده هاي جديد و تحقيقات علمي مي باشند . به همين منظور تعداد بي شماري از انواع مختلف شتاب دهنده هر روزه در بيمارستان ها، درمانگاه ها، کارخانه هاي توليدي و صنعتي، بنادر و مراکز تحقيقاتي به کار برده مي شوند.

تکنولوژي شتابدهنده هـا ايـن توانـايي را دارد کـه سـهم قابـل توجهي ازنيازهاي امنيت ملي و دفـاعي هـر کشـور را بـرآورده کند. با توجـه بـه حجـم روز افـزون ترانزيـت وضرورت مبارزه بـا قاچـاق كـالا و تخلفـات گمركـي در مبـادي رسمي كشورها، روشهاي سنتي بازرسي كـالا در گمـرك هـا بـه علت حجم فراوان كالا و تعداد محدود كاركنان جوابگـو نيسـت. در نتيجه استفاده از تجهيزات پيشرفته كنترلي براي ايـن منظـور، امري اجتناب ناپذير است. در حال حاضر سيستمهـاي بازرسـي ، سيسـتم بازرسـي ١ بار به سه نوع ايزوتوپ پرتوزا (راديواکتيـو ) پرتو ايکس و روش راديوگرافي نوتروني تقسيم ميشوند. نــوع راديوايزوتــوپي، اشــياء را بــا پرتوهــاي گامــاي ناشــي از راديوايزوتوپهايي مانند سزيم ۱۳۷ و کبالت ۶۰) به عنوان چشـمه تابش) مورد بررسي قـرار مـي دهـد . مهمتـرين مزيـت سيسـتم راديوايزوتوپي هزينه پايين و قابليـت حمـل سـاده آن اسـت . امـا از آنجا که انرژي گاماي چشمهي راديـو ايزوتـوپي بـه حـدو د ۱ مگـا الکترون ولت محدود ميشود، علاوه بر مشکل نفوذ پذيري کـم آن براي وسايل بزرگ، شامل کاستيهاي ديگري است کـه عبارتنـد از :

۱ – شفافيت کم ۲ – عمر محدود چشمة تـابش ۳ -گسـيل پيوسـته تابش و ۴ – مراقبت ويژه از ايمن بودن مکان نگهـداري چشـمه . در نوع پرتو ايکس، اشياء با پرتوهاي ايکس ناشي از لامـپ ايکـس يـا شتاب دهنده باريکه الکترون مورد بررسي قـرار مـي گيرنـد . دسـتگاه پرتو ايکس، در سه نـوع کـانتيري، موبـايلي و پـالتي در بسـياري از گمـرکهـاي دنيـا نصـب شـده و مـورد اسـتفاده قـرار گرفتـه انـد.راديوگرافي پرتو ايکس به خصوص زمانيکه از شتاب دهنده خطـي اسـتفاده مـيشـود، داراي انـرژي متغيـر اسـت. مزايـاي آن شـامل پرتوهاي ايکس پر انرژي و متوقف شدن پرتو ايکس بـا قطـع منبـع تغذيه ميباشد. قيمت بالا و جابجايي نه چندان ساده آن از معايـب اين نوع محسوب ميشـود . روش راديـوگرافي نـوترون سـريع، ابزاري مؤثر و قدرتمند براي مشاهده محموله قاچاق مانند مـواد مخدر، سلاحهاي شيميايي و مواد منفجره ميباشـد . نـوترون هـا قدرت نفوذ لازم را دارند، آنها با ماده برخورد کرده و به عنوان يک سيستم مکمل براي پرتوهاي گامـا مـي توانـد بـراي تعيـين ترکيب عناصر استفاده شود. راديوگرافي نـوترون در مقايسـه بـا راديوگرافي گاما، بخصوص براي تشخيص مواد هستهاي قاچاق در جاييکه روشهاي مرسوم مانند پرتوهاي ايکس و گاما ابهام دارند و دقيق نيستند، بسيار کارآمدتر است. در مـوارد ذکـر شـده تصـويربرداري بـر پايـه آشکارسـازي پرتوهاي عبوري بوده در حاليکـه تصـويربرداري پرتـو ايکـس براساس پس پراکندگي کامپتون، پايه يک ابزار بازرسي منحصـر به فرد را تشکيل مي دهد. اين ابزار قابليت اسـکن و تصـوير برداري آسان و سـريع از محتويـات داخـل خودروهـا را بـدون نگراني در مورد دسترسي به سمت ديگر آن فراهم ميکند، زيـرا در اين مورد نيازي به قرار دادن آشکارساز در سمت ديگر شي وجود ندارد. به عنوان مثال يک وسيله نقليـه مـي توانـد بـه طـور مناسب به اين تکنولوژي مجهز شده و بـا سـرعت ۱۰ کيلـومتر برساعت در خيابان حرکت کند تا ماشـين هـاي پـارک شـده يـا  کاميونها را از جهت تهديدهاي امنيتي بررسي کند. در صورتي که سيستم تصويربرداري کامپتون به سيستم صويربرداري عبوري اضافه شود مي توان با يک سيستم مناسب، تصاوير متعددي از جهات مختلف بار به دست آورد.]۲۰[

از شتاب دهنده ها مي توان براي نظارت و شبيه سازي واقعي اما غير هس ته اي فرآيند انفجار بمب هاي هسته اي و عملکرد سلاح هاي هسته اي استفاده کرد . براي مثال در مرکز دارت ١ واقع در آزمايشگاه ملي لوس آلاموس از دو شتابدهنده براي شبيه سازي امن، واقعي و غيرهسته اي عملکرد سلاح هاي هسته اي استفاده مي شود  شتابدهنده هاي ليزرپلاسما و شتابدهنده هاي القايي براي اينمنظور مورد استفاده قرار مي گيرند. در شکل زیر  پراکندگي اين نوع شتاب دهنده ها در جهان نشان داده شده است.

شکل۱۰: مراکز داراي شتاب دهنده القايي در جهان.

در طول دهه هاي گذشته، صنايع براي توليد محصولات و خدمات مبتني بر شتاب دهنده وارد رقابت چشمگيري شده اند؛

زيرا پرتو دهي محصولات در منافع اقتصادي آن ها تأثير بسزايي داشته است. شتاب دهنده ها با تغيير مشخصات فيزيکي، شيمايي يا بيولوژيکي مواد و توليدات تجاري باعث مي شود تا بهره وري و ارزش توليدات بيشتر شود و يا آثار نامطلوب آن ها بر محيط زيست کاهش يابد. علاوه بر شتاب دهنده هاي باريکه الکترون از پرتو گاما و اشعه ايکس نيز جهت کاربرد هاي صنعتي استفاده مي کنند. ]۲۰[

۱۰- یکی از مهمترین قسمتهای این نوع از شتابدهندهها زیر سیستم RF آن است که وظیفه تامین موج رادیو فرکانسی توان بالا را برای تیوب شتابدهی بر عهده دارد. از آنجا که موج الکترومغناطیسی مورد نیاز باید توان بسیار بالا (چند مگاوات) داشته باشد، توسط لامپهای مایکروویو، به صورت پالسهای با پهنای کم (چند میکروثانیه) تولید میشوند. این لامپها را به دو دسته لامپهای باریکه خطی، همچون کلایسترون، توایسترون و TWT و لامپهای میدان متقاطع همچون مگنترونها میتوان دستهبندی نمود. به طور معمول در شتابدهندههایی که به توان RF بسیار بالا برای شتابدهی ذرات نیاز دارند، از لامپکلایسترون استفاده میشود. لامپهای کلایسترون، ابزارهایی هستند که برای تولید و یا تقویت سیگنال در طیف فرکانس مایکروویو بکار میروند. این لامپها، متداولترین منابع برای کاربردهای تولید توان بالا، فرکانس بالاو پهنای وسیع می باشند. برای این کار لامپ کلایسترون به پالسهای با ولتاژ و جریان بالا نیاز دارد که بوسیله مدولاتور قدرت تولید میشود. در واقع کلایسترونها از رایجترین تقویت کننده های توان بالای RF میباشند که با توان خروجی در رنج چند صد کیلووات تا چند ده مگاوات، کاربرد گستردهای در انواع شتابدهندهها دارند.]۴[

 شتاب دهنده هاي خطي الکترون،ميکروترون ها و بتاترون ها دستگاه هايي هستند که مي توانند باريکه هاي الکتروني در گستره ۳۰-۵  مگا الکترون ولت را تولید کنند. حدود يک سوم از کل شتاب دهنده هاي توليد شده درسراسر جهان، شتاب دهنده هاي خطي الکترون هستند که جهت پرتودرماني استفاده مي شوند.در شکل زیر بلوک دیاگرام شتاب دهنده خطی سیستم کولینگ آورده شده و در شکل مکان سیستم کولینگ و ورودی و خروجی شتاب دهنده نشان داده شده است.

شکل۱۱- بلوک دیاگرام شتاب دهنده خطی

منظور از چشمه الکترون و یون تولید یک دسته باریکه از ذرات آزاد به فرم مناسب برای شتابدهنده و رساندن آن به محفظه شتاب می باشد. به چند روش میتوان باریکه الکترونی تولید کرد.درتولید باریکه pirece  (شکل ۱۲) دراثر گرم شدن فیلامان، کاتدی که درمقابل آن قرار گرفته است الکترون آزاد می کند. این الکترونها بین کاتد (K)  و  آند (A)که درپتانسیل مثبت نسبت به کاتد است شتاب می گیرند  .آیینه ی مغناطیسی همراه با یک الکترود ، کنترل مسیر الکترون را برعهده دارند. باریکه تولیدی بدین طریق درشتابدهنده های خطی مورد استفاده قرار میگیرد.

شکل۱۲: چشمه الکترونی

سه روش برای تهیه یون عناصر جامد مانند فلزات ونیمه هادیها وجود دارد:

الف) تبخیر عناصر ویونیزه کردن بخار

ب) بمباران کردن سطح جامد با جریانی از ذرات پرانرژی، تحت چنین جریانی یونهای مثبت یا منفی از سطح سرد فلز خارج می شوند.

ج) اثرلانگمیر درصورتیکه انرژی یونیزاسیون یک اتم درسطح داغ فلز بیشتر از  تابع کار فلز باشد درآنصورت آن اتم می تواند به صورت یون خارج شود.

درشتابدهنده ها معمولا از یونش برخوردی برای تولید یون مثبت استفاده می شود.  الکترون از کاتد کنده شده و توسط پتانسیل ۲۰۰V به سمت آند شتاب میگیرد.

و بعد از عبور از شکافهای S1  وS2 به تله الکترونی که به آند وصل بوده، می رسد.از طرف دیگر اتمهای خنثی به صورت گاز وارد محوطه چشمه شده و دراثر برخورد احتمالی آنها با الکترون یونهای مثبت تولید میشود.این یونها توسط الکترود R که نسبت به آند مثبت بوده، دفع میشوند وبوسیله الکترود E که در خارج محفظه قرار گرفته و درولتاژ منفی نسبت به آند به سمت خارج محفظه شتاب می گیرند. گاز علاوه بر شکاف S3 به شکاف های S1  و S2 نیز می تواند خارج شود وسرعتش به اندازه ای است که خلا داخل محفظه را به هم نمیزند.

فشار در داخل محفظه کم بوده و بنابراین احتمال انجام واکنشی غیر از برخورد یونیزه کننده وجود ندارد.میدان مغناطیسی درجهت موازی با مسیر الکترونها بوده که برای تعیین جهت مناسب و کانونی کردن الکترونها بکار می رود.

الکترون مسیر مارپیچی حول خطوط نیروی میدان دارد و این میدان به طور قابل ملاحظه ای شدت باریکه خروجی(یونهای مثبت) را افزایش می دهد اما چون یونها، سنگین تر از الکترون هستند عملا میدان روی آنها تاثیری نخواهد داشت.

شکل ۱۳: چشمه یون مثبت

روش دیگر تولید باریکه یونی براساس روش یونش برخوردی، روش Ion plasma source می باشد. اکسید کاتد به صورت خمیر روی تیوپی که در داخل آن یک گرمکن قرار گرفته می پوشاند.کاتد

توسط گرمکن داغ شده و درنتیجه الکترون از سطح تیوپ ساطع می شود. از محل ورودی، گاز وارد محوطه

شده و در اثر برخورد با الکترونها یونیزه می شود. یونهای مثبت تولیدشده توسط الکترودی که نسبت به کاتد

در ولتاژ منفی تر قرار گرفته شتاب میگیرند. بین کاتد و آند ولتاژ ۳۰۰ ولتی برقرار است وآند تخلیه قوسی را امکان پذیر می کند. ]۴[

در پزشکی هدف دستگاه شتابدهنده خطی تولید پرتو برای درمان می باشد.

در ابتدا باید گفت که دستگاه شتابدهنده خطی، میتواند فوتون و یا الکترون را در با انرژی مشخص تولید میکند که تعداد و مقدار انرژیها بسته به مشخصات و مدل دستگاه دارد.

انرژی درون موجبر به الکترونها داده میشود که در نتیجه باعث افزایش انرژی و جرم الکترون میگردد.

درحالت پرتودهی الکترونی، پرتو الکترونی  در خروجی دستگاه میتواند دریافت شود ولی برای پرتودهی فوتونی باید الکترونها به یک هدف برخورد نمایند.

برای موارد درمانی، باید مشخصههای پرتو خروجی کنترل گردد.

نظارت بر پرتودهی نیازمند سطح بالایی از دقت و ایمنی میباشد، به نحوی که: کانالهای دُزیمتری  میزان دُز تابش شده، نرخ دُز، تقارن  و یکنواختی  پرتو را توسط چمبری  که در مسیر پرتو قرار دارد، رصد و گزارش میدهد.

شکل۱۴:شمایی از چشمه یون تیوپ شامل هیتر ۲- باریکه یون ۳- الکترودمیانی ۴- آند ۵- مولد میدان مغناطیسی ۶- محل ورود گاز

۱۱- یک جزء کلیدی و مهم از شتاب دهنده ذرات، وسیله ای است که انرژی را به ذرات باردار منتقل می کند.این جزء مهم در شتاب دهنده های خطی، همان کاواک تشدیدی الکترومغناطیسی است.در اکثر مواقع از کاواک های مسی در شتاب دهنده استفاده می شود که نیاز به توان زیاد دارد و اتلافات اهمی زیادی در این نوع از کاواک ها وجود دارد.از طرف دیگر باید توجه داشته باشیم که طراحی و انتخاب هندسه کاواک ها و میدان های شتاب دهنده شدیدا بر میزان توان انتقال یافته یه بیم تاثیر می گذارند. در طراحی و ساخت یک linac انتقال حداکثر توان به باریکه با کمترین میدان ممکن، به جهت کاهش هزینه ها، از مهمترین اهداف است.در Linac های با ضریب عملکرد بالا به دلیل گرمای شدیدی که در دیواره های کاواک ایجاد می شود، نیاز به طراحی سیستم خنک کننده با کارایی بالا می باشد.استفاده از کاواک های مسی برای شتاب دهنده های با ضریب عمکرد بالا مقرون به صرفه نیست.به عنوان جایگزین مناسب می توان کاواک های ابررسانا از جنس تیتانیوم را در می توان در نظر  گرفت.سایر اجزا شتاب دهنده خطی در شکل زیر نشان داده شده است.

اجزای اصلی یک شتابدهنده خطی الکترون شامل چشمه الکترون،تیوب اصلی شتابدهنده، منبع توان RF ، سیستم خلاء، قطعات موجبر جهت انتقال توان RF به قسمت شتابگر، سیستم خنک کننده، سیستم کنترل و نمایشگر میباشند.

شکل ۱۵ – اجزای سیستم شتاب دهنده خطی

یک موج الکترومغناطیسی TM به انتشار در طول یک موجبر استوانه ای فلزی واداشته می شود. سرعت فازی این موج تا حد مطلوب، که بیشتر شتاب دهنده ها سرعت نور در فضای آزاد است، پایین اورده می شود. این کاهش سرعت توسط صفحه های بارگذار فلزی متناوب انجام می گیرد. الکترون هایی که از یک انتها وارد موجبر می شود، روی موج سوار شده و تا انرژی های بالاتر شتاب می گیرند. به دلیل اعوجاج حاصل از صفحه ها، مجموعه ای نامتناهی از اجزا موج سینوسی با سرعت های فازی متفاوت در موجبر موجود می باشد. هنگامی که الکترون با سرعت اولیه ای نزدیک به سرعت یکی از اجزا موج وارد موجبر می شود، تحت اثر نیروی ثابت یکنواختی قرار گرفته و شتاب می گیرد. اگر سرعت موج به گونه ای باشد که همراه با افزایش سرعت الکترون افزایش یابد، ذره ای که در قله موج قرار دارد همراه موج ، تحت اثر نیروی شتاب دهنده ، شتاب می گیرد. سایر اجزا موج که سرعت متفاوتی نسبت به الکترون دارند باعث حرکت نوسانی الکترون شده که برایند آنها صفر خواهد بود.

بعد از طی مسیر کوتاهی، سرعت الکترون تقریبا برابر سرعت نور می شود. بنابراین افزایش انرژی الکترون، بر اساس نظریه نسبیت، صرف افزایش جرم آن می شود. این وضیعت سخت شدن یک باریکه نامیده می شود که نقشی مهمی در عمل خوشه سازی الکترون ها و انتقال آن ها در میان مسیر طولانی شتاب دهنده و جلوگیری از برخورد باریکه به دیواره های شتاب دهنده در اثر نیروی بار فضایی ، نیروی الکترومغناطیسی و میدان مغناطیسی زمین دارد. بیشینه انرژی که می توان با یک شتاب دهنده خطی به دست آورد، تنها به وسیله فضا و توان در دسترس محدود می شود.

شتاب دهندههاي خطي ، در واقع ساختارهاي موجبري هستند که توان توليدي توسط منابع توليد توان فرکانس راديويي را به انرژي جنبشي الکترون ها، پروتون ها و يا ذرات ديگر تبديل مي کنند. اين ساختارها در طرحهاي مختلفي طراحي ميشوند که برحسب نوع ذره و انرژي، ساختار ويژهاي دارند. براي شتاب دهي به پروتونها و يونهاي سبک از ساختارهاي RFQ،  DTL،SCDTL یا SSC استفاده می شود. که شکل کاواکها و محدودة انرژي مورد استفاده آن ها متفاوت است. براي شتاب دهنده هاي الکتروني، اغلب از دو ساختار موج ايستا (SW) و موج رونده (TW)  استفاده ميشود. اصول حاکم بر عملکرد اين دو ساختار يکسان است. ولي تفاوتهايي اساسي در نحوه طراحي اين ساختارها وجود دارد که برحسب نوع استفاده و پارامترهاي مورد نظر از جمله جريان و ديناميک باريکه ذرات مطلوب خروجي، توان قابل دسترس، طول مجاز و برخي عوامل ديگر مشخص مي شود.

 براي الکترونهاي در محدودههاي انرژي مگا الکترون ولت، تابش فوتونهاي ترمزي ناشي از برخورد الکترون ها روي هدف، با بيشترين احتمال رو به جلو و در همان امتداد الکترون ها خواهد بود. در ساده ترين و پرکاربردترين ساختار شتاب دهند هاي خطي پزشکي، تفنگ الکتروني و هدف  توليد پرتو ايکس بخشي از موجبر شتابدهي را تشکيل مي دهند و تمام اين سه جز بطور مستقيم با نقطة هم مرکز لينک در يک راستا قرار مي گيرند. در اين طراحي به سيستم انتقال باريکه نيازي نيست. همچنين مولد توليد توان را ميتوان در داخل گنتري جاسازي نمود. متداول ترين نوع اين ساختارها، شتاب دهنده هاي ۴ يا ۶ مگا ولتي هستند که تنها از باريکه فوتوني آن ها براي درمان استفاده مي شود . شماي چنين ساختاري در شکل زیر مشاهده مي شود.

شکل ۱۶: طرح لينک هاي  هم مرکز انرژي پايين که در آن ها موجبر شتاب دهي عمود بر تخت درمان است.

تيوب شتاب دهي شتاب دهنده هاي ۸ تا ۳۰ مگا الکترونولت که شماي کلي آن ها در شکل زیر نشان داده شده است داراي طولي بيشتر از مقدار در دسترس روي هد شتابدهنده هستند. بنابراين نميتوان آنها را به طور عمود بر نقطة هم مركز قرار داد و بايد روي بازوي گنتري به طور افقي تعبيه شوند . براي اين گونه ساختارها سيستم انتقال باريکة الکتروني از موجبر شتابدهي تا هدف توليد پرتو ايکس ضروري است . براي هر دو ساختار، منبع توليد توان RF اغلب بر روي پاية گنتري تعبيه ميگردد.

شکل ۱۷: طرح لينک هاي هم مرکز انرژي بالا که در آن ها موجبر شتاب دهي موازي با تخت درمان است.

اجزاي کلي يک شتاب دهندة خطي پزشکي انرژ ي بالا باجزئيات بيشتر در شکل زیر آورده شده است . قسمت عمدة، دستگاه عبارتند از: مدولاتور ، پايه ، بازوي متحرك (گنتر ي) کنسول و تخت درمان. بخشهاي مدولاتور و کنسول در شکل ديده نميشوند. در برخي از شتاب دهندهها مدولاتور در قسمت. پايه قرار داده ميشود (همانند ساختار شتاب دهندههاي واريان ) با وجود اينکه تخت درمان از اجزاي درماني دستگاه محسوب نميشود ولي نقش مهمي در جهت گيري گنتري و طرز قرارگيري بيمار زير دستگاه ايفا ميکند. کنسول شتاب دهنده را ميتوان قلب شتاب دهنده خطي دانست چرا که تمام ي بردهاي مدار کنترلي و خازن هاي تيون کننده در اين قسمت قرار مي گيرند و عملکرد روزانة دستگاه از کنسول کنترل ميگردد .

مدولاتور منبع تغذيه شتاب دهنده محسوب ميشود و تبد يل کنندة جريان تناوبي AC به DC مورد نياز اجز اي پايه است.

شکل ۱۸: ساختار کلي شتاب دهندة خطي پزشکي انرژي بالا

در شتاب دهنده ها ي انرژ ي بالا، کلا يسترون  درون پاية شتاب دهنده است که وظيفة تقويت اوليه امواج فرکانس راديويي را براي شتاب دادن به الکترون ها بر عهده دارد . درشتاب دهنده هاي انرژي پايين، مگنترون وظيفه تأمين RF توان بالا را دارد و معمولاً در بازوي گنتري قرار ميگيرد. مجراهاي انتقال آب خنک کننده که براي خنک کردن تمام ي اتصالات و همچنين هدف توليد کنندة اشعة X به کار می روند نیز در قسمت پايه تعبيه ميشود. گاز هگزا فلوريد سولفور (SF6) به عنوان عایق در موجبر تزريق ميشود و منتقل کننده انرژي امواج ريز موج از مگنترون و کلايسترون به بخش شتاب دهي ميباشد. مگنترون و کلايسترون نقشي مشابه تقويت کننده هاي امواج ريزموج ايفا ميکنند. توان RF توليدي توسط موجبرهاي مستطيلي استانداردي که براي جلوگيري از شکست الکتريکي با گاز SF6  در فشار بالا پر شده، به جفت کننده  ورودي ساختار شتابدهي تزريق ميگردد. يک گردش دهنده  که شتابگر خطي و منبع توان را نسبت به هم ايزوله ميکند، توان بازگشتي به سمت منبع را براي جلوگيري از آسيب ديدن آن به يک اتلافگر آبي منتقل مي نمايد . شتابگر خطي و منبع توان، هر دو بايد به طور مطلوبي تا فشار ۱۰ Torr خلأ شده باشند. پنجرههاي سراميکي براي جدا کردن موجبر پر از گاز و بخشهاي تحت خلأ به کار ميروند. فرکانس منبع توان بايد به طور دقيق با فرکانس تشديد ساختار شتابدهي تطبيق داده شود، تا توان رسيده به کاواک شتابدهي به طور مطلوبي به باريکه الکتروني انتقال يابد . اما گرم شدن سطحي کاواک ريزموج، ناشي از موج فرکانس راديويي، ابعاد کاواک را تغيير داده و باعث کاهش فرکانس تشديد مي گردد . علاوه بر پيچيدگي ساختاري، هزين ة ساخت و ملاحظات مربوط به حفاظهاي بيولوژيکي، مهمترين عامل در هر شتاب دهنده پزشکي قابليت آن در درمان سرطان محسوب مي شود.

مختصري از مشخصات رايجترين انواع شتاب دهنده ها ي خطي پزشکي در جدول ۱ آورده شده است. شکل زیر نيز انواع پرکاربرد اين شتاب دهندهها را نشان ميدهد.

شکل۱: مشخصات مدلهاي مختلف شتاب دهندههاي خطي الکترون پزشکي.
شکل ۱۹: انواع شتاب دهندههاي خطي پزشکي ساخت شرکتهاي مختلف.

۱۲- عمر یک سیستم کولینگ بستگی به جنس اجزای کولینگ، نوع شتاب دهنده مورد استفاده، نوع کاربرد سیستم کولینگ(کاربرد پزشکی و صنعتی )،میزان و توجه به تعمیرات و توجه به خصوصی به نشتی و کروشن(خوردگی قطعات) و…. دارد. . همچنین با توجه به شرایط کاری و محیط های استفاده از سیستمهای کولینگ معیار های مختلفی برای این سیستم ها دارد . که در سیستم های کولینگ صنعتی خیلی تابع شرایط محیطی است و  همچین شرایط کاری است و با توجه به نوع کولینگ و محیط استفاده معیار های مختلفی برای کولینگ ها در نظر گرفته اند و همچینین قابل به ذکر است که این کولینگ ها در محیط های مرطوب فرسایش های قابل محسوسی دارن و از سیستم های رطوبت گیر استفاده می شود و یک طرح مهم که در سیستم های کولینگ پزشکی قابل ملاحظه است با توجه به اینکه این سیستم ها تابع زیاد به امواج مغناطیسی و الکتریکی است استقاده از وسایل الکتریکی جایگاه مهمی در کاهش عمر این قطعات دارد

همان طور در شکل زیر مشخص می شود یک نوع کولینگ صنعتی است که با توجه به شرایط محیطی به بهره گیری در حد اکثر توان است

chiler-jazbi  
شکل۱: نمای خارجی یک کولینگ صنعتی

و یک پارمتر مهم که در طول عمر کولینگ ها تاثیر دارد نوع مایع که در این کولینگ ها هست و همچیین میزان خورندگی این مایع است.

۱۳- طرح شتاب دهنده ها عمدتا بر حسب منظوری که برای آن طراحی می شوند تغییر می کند. در پاره ای موارد ،انرژی زیاد و در مواردی دیگر شدت زیاد مورد نظر است. شتابدهنده های الکترونی (الکترونها در ولتاژها یا انرژی های نسبتا پایین به صورت نسبیتی در می آیند و بردهای طولانی در ماده خواهند داشت ) کاملا ازشتابدهنده های یون سنگین (که معمولا نا نسبیتی اند و بردهای کوتاهی در ماده دارند)تفاوت دارند.

به طور کلی ،شتابدهنده ها را می توان به صورت شتابدهنده های انرژی پایین، انرژی متوسط، یا انرژی بالاگروه بندی کرد شتابدهنده های انرژی پایین که برای ایجاد باریکه هایی درگستره ی انرژی۱۰-۱۰۰Mev  به کار می روند ، غالبا در مطالعات واکنش یا پراکندگی و به منظور توضیح ساختار حالتهای نهایی خاص،و شاید حتی حالتهای برانگیخته ی منفرد ، مورد نیازند. در این شتابدهنده ها باید گزینش انرژی دقیق و شدت جریانها به قدر کافی بالا باشد، زیرا آمار شمارش دقت بسیاری از آزمایشها را محدود می کند. گرم شدن هدفها توسط باریکه های پرشدت می تواند قابل ملاحظه باشد و غالبا لازم است هدف را خنک کرد تا از تخریب آن جلوگیری به عمل آید.

شتابدهنده های انرژی متوسط درگستره ی انرژی تقریبا۱۰۰-۱۰۰۰Mev  کار می کنند.

شتابدهنده های انرژی بالا باریکه های به انرژی۱Gev(1000Mev)  و بالاتر تولید می کنند . منظور از ساخت این شتابدهنده ها کمتر، بررسی ساختار هسته ای است ، بلکه بیشتر به تولید انواع مختلف ذرات و مطالعه ی خواص آنها مربوط می شود.

نحوه ی بکاربردن میدان الکتریکی،شتابدهنده ها را به دودسته تقسیم می کند.در دسته ی اول ولتاژجریان مستقیم قوی برای شتابدهی در یک یا دو مرحله به کار می رود، و در دسته ی دوم ولتاژ بسامد رادیویی برای شتاب دهی کم ولی در مراحل متعدد به کار می رود. در دسته اول، ولتاژ یک طرفه را می توان یا با استفاده از روشهای مبدل و یکسوساز یا با استفاده از روش واندوگراف بدست آورد.انرژی حاصل از همین ولتاژ پایانه را می توان،در شتابدهنده ی واندوگراف از نوع دومرحله ای افزایش داد.انرژی یک شتابدهنده ی واندوگراف به ولتاژی محدود می شود که بتواند بدون شکست ولتاژ درپایانه برقرار بماند.]۴[

در پزشکی هدف دستگاه شتابدهنده خطی تولید پرتو برای درمان می باشد.

در ابتدا باید گفت که دستگاه شتابدهنده خطی، میتواند فوتون و یا الکترون را در با انرژی مشخص تولید میکند که تعداد و مقدار انرژیها بسته به مشخصات و مدل دستگاه دارد.

انرژی درون موجبر به الکترونها داده میشود که در نتیجه باعث افزایش انرژی و جرم الکترون میگردد.

درحالت پرتودهی الکترونی، پرتو الکترونی  در خروجی دستگاه میتواند دریافت شود ولی برای پرتودهی فوتونی باید الکترونها به یک هدف برخورد نمایند.

۱۴- کولینگ های با هدایت کم آب برای حذف حرارت از شتاب دهنده های با مقاومت بیش از  مورد استفاده قرار می گیرند. دمای بهره برداری از قطعات اختصاصی در شتاب دهنده پایدار است به عنوان تلورانس ۰٫۱C برای به حداقل رساندن تاثیر نوسان درجه حرارت در انرژی پرتو و ثبات آن می باشد.معمولا سیستم های آب خنک کننده شتابدهنده در دو زیر سیستم های دمای عملیات و سطح فشار تقسیم بندی می شوند.

 معمولا فشار عملکرد و دبی جرمی به صورت ثابت نگه داشته می شوند و دمای خروجی مطلوب هدف سیستم کولینگ هست همچنین فشار عملکرد تقریبا  حدود۵٫۵ Kgf/cm2  بوده و دبی سیال تقریبا   220 m3/hrمی باشد. بنابراین با برای افزایش عملکرد سیستم می توان دبی سیال و فشار عملکرد را برای بازدهی مورد نظر تنظیم کنیم. رنج دمایی سیستم های کولینگ برای شتاب دهنده های خطی  تا بین ۳۰ تا ۶۰ درجه سانتی گراد می باشد.البته این مورد نیط به فرکانس های رادیویی، توان الکتریکی به سیستم و تلفات حرارتی از سیستم شتاب دهنده بستگی دارد.اولین سیستم کولینگ برای شتاب دهنده ها در سال ۱۹۹۷ مورد استفاده قرار گرفتند.]۵[

 در سیستم های مختلف دبی های جرمی مختلف در نظر رفته شده اند

در ابتدا باید گفت که دستگاه شتابدهنده خطی، میتواند فوتون و یا الکترون را در با انرژی مشخص تولید میکند که تعداد و مقدار انرژیها بسته به مشخصات و مدل دستگاه دارد.

انرژی درون موجبر به الکترونها داده میشود که در نتیجه باعث افزایش انرژی و جرم الکترون میگردد.

درحالت پرتودهی الکترونی، پرتو الکترونی  در خروجی دستگاه میتواند دریافت شود ولی برای پرتودهی فوتونی باید الکترونها به یک هدف برخورد نمایند.

در شکل زیر یک سیستم کولینگ در خودرو مشخص شده که با دبی جرمی ۱۰ لیتر بر دقیقه است

شکل۲: سیستم کولینگ موتور

۱۵- سیستم کولینگ خوب باید در نگه داری دما ثابت خروجی باید بسیار خوب عمل کند تا به شتاب دهنده ها آسیبی نرسد و عملکرد مناسب آن حفظ شود.عمکرد سیستم کولینگ را با ضریب عملکرد مشخص می کنند که به صورت بدون بعد است و برابر با میزان حرارت داده شده به محیط به کار داده شده به سیستم بیان می شود. بنابراین هر وقت ضریب عملکرد بزرگتر از یک باشد می توان ادعا کرد سیستم کولینگ مناسب است.از طزفی می توان از طریق بازده نیز این مقایسه را انجام داد که معمولا بازده سیستم های کولینگ صنعتی و پزشکی با هم متقاوت است و بازده سیستم های پزشکی به دلیل کارد مناسب و دمای پایین آن بیشتر از دیگر سیستم ها می باشد. و همچان در نظر باید گرفت که در دستگاه های پزشکی بازده بسیار مهم نیست و بیشترین از همه حساسیت های مغناطیسی اعمالی و عملکر های مناسب نیاز است

با توجه به شرایط محیطی راندمان های مختلفی در سیستم کولینگ هست که انتظار میرود تا در دستگاه های صنعتی تا ۸۰ درصد و در سیستم های پزشکی تا ۳۰ درصد بر خوردار باشیم و همچین این بازدهی تابع شرایط استفاده است که در شتاب دهنده ها هم تاثیر بسزای دارد  که در شکل زیر مشخص شده است در درستگاه های پزشکی

شکل ۱۸: ساختار کلي شتاب دهندة خطي پزشکي انرژي بالا

۱۶- آسیب تشعشع به شلنگ انعطاف پذیر لاستیک مغناطیسی ، روشن نیست.مواد درخشش کننده سفید نقره، مس، کروم و نیکل در SiC بار RF  شناسایی می شوند.در شکل زیر نشتی آب باعث خوردگی در سطح آب گرم فولاد زنگ نزن مس شده است. به هر حال هر گونه مشکلات از سیستم آب خنک کننده می تواند شکست شدید و خسارت وارده به اجزای شتاب دهنده باعث وجود دارد. خوردگی اجتناب ناپذیر در سیستم خنک کننده است به خصوص به عنوان یکی از گسلهای اصلی، و تعمیر و نگهداری شده بنابراین باید برای جلوگیری از شکست ناگهانی باید دستگاه های مجهز حفاظت شوند.]۷[

شکل ۲۰- نشت آب در مفاصل مس

و درشکل زیر چند نوع کولینگ های هوای و ابی و عذای مشخص شده است و تاثیرات ابندی و نشتی قابل ملاحظه است

شکل ۱۸: ساختار کلي کولینگ هوای ابی و غذای

۱۷- با توجه به انواع سیستم های کولینگ به کار رفته در شتاب دهنده اول باید نوع کولینگ مشخص شود به طور معمول از کولینگ آبی و کولینگ DI در شتاب دهنده ها استفاده می شود که بازدهی و قابلیت اطمینان سیستم کولینگ DI  نسبت به سایر سیستم های کولینگ بیشتر است.اما در حالت کلی افت فشار بین اتصالات باید کم باشد تا با کاهش کار کمپرسور عملکرد (Cop) افزایش یابد.جنس اواپراتور (ظرفیت گرمایی ویژه) نیز در عملکرد سیستم تاثیر دارد و با افزایش ظرفیت کلی گرمایی ویژه، انتقال حرارت افزایش می باید و سیستم عملکرد بیشتری خواهد داشت.دمای کندانسور و اواپراتور نیز در عملکرد سیستم کولینگ تاثیر دارد و با کاهش دمای کندانسور و افزایش دمای اواپراتور عملکرد سیستم کولینگ افزایش پیدا خواهد کرد.بنابراین با افزایش عملکرد سیستم کولینگ کارایی و عمر شتاب دهنده ها افزایش خواهد یافت.

و همچین از مهترین پارامتر های در بازده شتاب دهنده ها دارد سیستم کولینگ است و داشتن یک دمای یک نواخت از یک سیستم کولینگ انتظار دار میرود و اگر سیستم کولینگ نتواند این دمای یک نواخت را تامین کنند و اگر این سیستم کولینگ تنواند این عملکرد را داشته باشد همچین تاثیر زیادی در عملکرد توان و بازده این این سیستم دارد

که در شکل زیر یک شماتیک از یک یستم کولینگ با تغییرات دمای کمی را نشان میدهد

شکل شماتیک کولینگ یک نواخت

۱۸-  جنس سیستم کولینگ باید طوری انتخاب شوند که در مقابل دمای بالای شتاب دهنده ها مقاومت حرارتی خوبی از خود نشان داده و از طرفی مسائل ناشی از خوردگی در آن کمتر دیده شود و از نظر اقتصادی به صرفه باشد.از طرفی سیستم کولینگ باید ثبات دمایی داشته باشد یعنی دمای سیستم کولینگ و شتاب دهنده باید به طور دائم داری یک رنج خاص باشند و تغییرات زیادی نداشته باشند.همچنین سیستم کولینگ باید توانایی خنک سازی شتاب دهنده را در حد استاندارد داشته باشد.

 و همچین در سیستم های صنعتی یکی از دلایل اینکه طول عمر طولانی دارد این است که میتواند در رنج بالای از جنش و مواد مختلف استفاده کنیم و ولی در سیستم های پزشکی با توجه به بحث های بهداشتی و سلامتی یک رنج محدود است که میاوتنم از این وسایل استفاده کرد و همچین تغیرات زیاد دمای در سیستم کولینگ باعث انغباض و انبساط زیاد می شود که این خود باعث کاهش طول عمر می شود و همچین نوع مایه استفاده شده در سیستم های کولینگ و میزان خورندگی ان با محیط اطراف ان بحث بسیار مهمی در این موضوع است  و که با توجه به شرایط و جنس سیستم و دمای کاری معمولا از مایع های مختلف استفاده می شود و فشار های کاری مختلفی دارد در کولینگ های پزشکی در این موارد محدودیت بسیاری داریم  و باید یک سیستم  با تمام موارد بهداشتی طراحی گردد در شکل زیر تاثیر خوردنگی بر مواد در یک لوله مسی را نشان می دهد

خوردنگی در لوله های مسی

۱۹- شکل زیردیاگرام جریان و ساختار خنک کننده شتاب دهنده خطی و نحوه اتصال آنها به  وضوع نشان می دهد بنابراین سیستم کولینگ به تارگت، تیوب شتابدهی و زیر سیستم های RF (فرکانس های رادیویی) متصل است.

شکل ۲۱- شماتیک دیاگرام جریان سیستم خنک کننده در شتاب دهنده ها

شکل۶ یک کلایسترون و اجزاء آن را نشان میدهد. در کلایسترون یک باریکه الکترونی از سمت کاتد یک تفنگ الکترونی به سمت کاواک رزونانسی شتاب می گیرد. در واقع اختلاف پتانسیل الکتریکی اعمال شده میان کاتد وآند لامپ، سبب حرکت الکترونها به سمت کلکتور خواهد شد. الکترونها در گذر از میان کاواکها بر اساس سازوکار مدولاسیون سرعت، خوشه (بانچ) میشوند. زمانی که خوشه های الکترونی به کاواک آخر می رسند، امواج مایکروویوی در اثر تغییر چگالی الکترون ها و تابش ترمزی آنها تولید می شود.

شکل ۲۲: کلایسترون چهار کاواکه و اجزاء آن

در سیستم تامین RF توان بالای یک شتابدهنده خطی الکترون، پس از کلایسترون مهمترین نقش را مدولاتور بر عهده دارد. مدولاتور توان خط AC ورودی برق را به توان پالس ولتاژ بالا تبدیل میکند. پالس حاصل از مدولاتور، برای اعمال بین آند و کاتد کلایسترون مورد نیاز است. در واقع کاواکهای شتابدهنده خطی، برای شتابدهی به توان بالای RF نیاز دارند. اما ایجاد توان بالای RF بطور پیوسته به سادگی امکانپذیر نیست. در نتیجه لامپهایی مانند کلایسترون این توان بالا رابه صورت پالسی میتوانند ارائه دهند. برای این منظور کافی است تا در کلایسترون، شتاب اولیه مورد نیاز به الکترونها را به صورت پالسی اعمال کنیم. مدولاتور وظیفه تامین چنین پالسی را دارد. لازم است تا این پالس دارای ویژگیهای خاصی باشد.

ذخیره انرژی توسط یک منبع انرژی با توان پایین در یک ذخیره کننده انرژی الکتریکی و سپس آزادسازی بسیار سریع این انرژی در یک بار به صورت پالس، ایده اساسی اغلب روشهای رایج در تولید پالس توان بالا است. لبه بالا رونده تیز، همواری سطح مناسب و لبه پایین رونده تیز از مهمترین ویژگیهای پالس مناسب برای لامپ کلایسترون است. در مورد لامپهای نوسانگر)مانند مگنترون( در صورت تیز نبودن لبه بالا رونده پالس، لامپ قبل از رسیدن پالس به مقدار نهایی خود، شروع به نوسان میکند که این نوسان در یک مد ناخواسته خواهد بود و لذا پدیده تغییر مد رخ داده و خروجی ناخواستهای از لامپ خواهیم داشت. در مورد لامپهای تقویت کننده(مانند کلایسترون) نیز از آنجا که توان خروجی تقویتکننده متناسب با دامنه ولتاژ خروجی مدولاتور است در صورت تیز نبودن لبه بالا رونده پالس، خروجیهای نامطلوبی ایجاد میگرددکه تنها باعث ایجاد حرارت در شتابدهنده میشود.اجزای اصلی هر مدولاتور عبارتند از: منبع شارژ، امپدانس شارژ، المان ذخیره کننده انرژی، سوئیچ و افزاینده سطح ولتاژ.]۸[

وظیفه منبع شارژ، تامین انرژی لازم برای شارژ المان ذخیره انرژی در سطح ولتاژ و توان معین است. این منبع معمولاً یک ترانسفورماتور و یک مدار یکسو کننده است که از طریق برق شهر، دیزل ژنراتور و یا از طریق باطری تغذیه میگردد. امپدانس شارژ، وظیفه کنترل زمان شارژ و محدود کردن جریان شارژ را بر عهده دارد. معمولترین امپدانسهای شارژ، نوع مقاومتی و نوع سلفی هستند که در مدولاتورهای با نرخ تکرار پالس بالا، اغلب از نوع سلفی استفاده میشود.المان ذخیره انرژی، وظیفه ذخیره انرژی اولیه حاصل از منبع شارژ و تخلیه در لامپ را در زمان و نرخ تکرار لازم بر عهده دارد. المان ذخیره خازنی، خطوط انتقال(PFL )، شبکه شکلدهنده پالس و المان ذخیره سلفی، انواع متداول المانهای ذخیره انرژی میباشند. سوئیچ کار قطع و وصل جریان در مدار را به عهده دارد. سرعت، حداکثر جریانی عبوری و حداکثر ولتاژ از ویژگیهای سوئیچ است. اسپارک گپ، تایراترون، سوئیچهای مغناطیسی و سوئیچ- های نیمههادی انواع سوئیچهای قابل استفاده در مدولاتورها هستند. در مدولاتورها به علت محدودیتهای عملی، المان ذخیره انرژی معمولاً در سطح ولتاژ پایینی شارژ میشود (در عمل حداکثر تا حدود kV 50 ). لذا برای دستیابی به ولتاژهای بالاتر در خروجی مدولاتور، باید از یک افزاینده سطح ولتاژ استفاده کرد. استفاده ازترانسفورماتور پالس و استفاده از مولد مارکس دو روش افزایش سطح ولتاژ هستند. مدولاتورها بر حسب اینکه از چه ترکیبی از المانهای اشاره شده فوق برای هر قسمت استفاده میکنند، انواع مختلفی دارند. اما به لحاظ سطح فنآوری، میتوان مدولاتورها را به دو دسته کلاسیک و مدرن تقسیم بندی کرد. مدولاتورهای کلاسیک مشتمل بر دو دسته: الف- مدولاتورهای هارد تیوب یا لامپ خلاء و ب- مدولاتورهای شبه خطی هستند. در مدولاتورهای هارد تیوب المان ذخیره انرژی یک خازن یا بانک خازنی بوده و از لامپ خلاء نیز به عنوان سوئیچ استفاده میشود. در مدولاتور شبه خطی از خط انتقال به عنوان شکلدهنده پالس ( PFL ) استفاده میشود. این روش معمولاً برای تولید پالسهای مربعی با پهنای کوچک (کسری از میکرو ثانیه) بکار میرود. برای طول پالسهای با پهنای بیشتر به جای استفاده از یک خط انتقال میتوان از مجموعه گسترده از چند خط انتقال استفاده کرد که به این نوع مدارها شبکه شکل دهنده پالس ( PFN ) گفته میشود.پالسهای مستطیلی بهتر، تغییر آسان طول پالس از مزایا و راندمان پایینتر، نیاز به منبع ولتاژ بالاتر و عرض پالس کوتاه از معایب روش هارد تیوب نسبت به شبه خطی است]۸[

۲۰- دمای سیستم های کولینگ در شتاب دهنده های خطی بسته نوع کاربرد آنها متفاوت است ولی اکثرا کولینگ های صنعتی در دماهای ۴۵ تا ۵۰ درجه سانتی گراد کار می کنند.انبساط و انقباض سیستم کولینگ نیز به جنس به کار رفته در قطعات بستگی دارد.  که در شکل زیر سک سیستم تولید اشعه با سیستم خنک کننده توضیحی شرکت ناسا را نشان میدهد که ماین گین رنج دمای برای این دستگاه برابر با ۳۰ تا ۳۳ درجه سانتی گراد هست و حتی در شرایط ایده عال این دستگاه توانای ثابت نگه داشتن دما در دمای ثابت را بصورت کاملا فیکس را دارا می باشد

ولی بعضی کولینگ ها با توجه به محیط های مصرفی و شرایط کاری حتی وظیفه سرمایش را در دماهای بالا تر حتی ۹۰ درجه به بالا را دارند و این سیستم  ها بیشتر در نیروگاه ها و موتور های احتراقی استفاده می شود که ضمن بالا نگه داشتن دما برای افزایش راندمان و سرزای برای حفظ طول عمر قطعات استفاده میشود. در شکل زیر یک مدل کامل سیستم کولینگ صنعتی با تغیرات دمای ۶۵-۷۶ درجه سانتی گراد نشان میدهد[۲۱]

. مدل مورد استفاده برای شبیه‌سازیتحقیق کئولار و همکاران[۲۱]

۲۱- در اکثر موارد استفاده از سیستم خنک کننده، نیاز نیست که سیستم در تمامی اوقات با حداکثر ظرفيت کار کند. لذا در روش قديمي تر با قرار دادن یک ترموستات در مسير برگشت آب سیستم، سيستم موتور و فن سیستم خنک کننده برای حفظ دمای مشخص شده بارها روشن و خاموش می گردد. با هر بار خاموش و روشن شدن، موتور ضمن آمپرکشي زياد و وارد آمدن تنش های مکانيکي شدید به فن و پولي کاهش سرعت، سر و صدای زيادی بوجود می آید که در نهایت عمر سیستم خنک کن بسيار کوتاه می شود .

به تازگي سيستم هوشمند کنترل سیستم خنک کننده طراحی و پياده شده است. اين سيستم ضمن حفظ و ارتقا عملکرد انواع سیستم خنک کننده، در مصرف انرژی به طور قابل ملاحظه ای صرفه جويي مي نمايد که در مقابل هزينه اوليه آن کاملا اقتصادي است. اين سيستم متناسب با بار حرارتي وارد شده به سیستم خنک کننده، ميزان فعاليت آن را کنترل و تعيين مي نمايد.

که در شکل زیر یک نمونه از کولینگ های صنعتی را نشان میدهد که یک سیستم خنگننده هوشمند است  که عملکرد خوبی دارا است.

۲۲- در یک خط تولید صنعتی هیچ چیز مهم تر از سرپا بودن و تولید منظم نیست و اگر در طول مدت شیفت کاری خط تولید به هر دلیل از کار بیفتد باعث وارد شدن خسارت به آن واحد تولیدی می شود. تعمیرات و نگهداری سیستم خنک کننده سبب آن می شود تا بتوان حداقل از مشکلات گرمایشی تولید شده توسط شتاب دهنده خطی در امان داشت.اگر در فرایند طراحی سیستم خنک کننده نتوان محاسبات دقیق را اعمال نمود و میزان گرمای تولید شده توسط شتاب دهنده را نتوان هندل کرد خواهید دید که سیستم خنک کننده توانایی خنک کردن را ندارد و ناچار مجبورتعویض سیستم کولینگ خواهید بود. برای نگهداری سیستم کولینگ نیز اگر از عوامل نا متخصص کار بگیرید باعث تکرر درخواست نگهداری و تعمیرات خواهد شد و باعث صرف زمان و توقف سیستم شتاب دهنده است.   و در این موارد خصارت های زمانی و اقتصادی زیادی به مجموعه وارد می شود که در شکل زیر یک طرح کلی از این سیستم را نشان میدهد که علاوه بر اینک عمر مفید بلای دارد و توانای کاری در نج وسیع از وسایل را دارا می باشد

۲۳- در مورد دستگاههاي شتاب دهنده شبيه سازي چشمه از اهميت زيادي برخوردار است و براي دستگاههاي هر مركز بايستي به صورت اختصاصي انجام گيرد . در ا ين رابطه پرتو فوتوني و الكترو ني شتابدهنده هاي مختلف مورد شبيه سازي قرار  گرفته اند. تست پارامترهای باریکه الکترونی در شتاب دهنده های خطی با روش های مختلفی از جمله روش مونت کارلو انجام می شود.این تست بیشتر در شتاب دهندهای پزشکی رایج است. که همچین در موارد بازرسی میتوان از این نوع شتاب دهند های خطی استفاده کرد که بصورت کلی این نوع شتاب دهنده ها به علت ساختار ساده ای که دارن قابلیت کار برد فراوانی دارن و همچنین میتوان برای تست و تشخص هم استفاده کرد که در موارد در فلز یاب های استفاده شده و دیگر از شاغول های جیوه ای یا دست گاه های که با جریان مغناطیسی کار میکنند زیاد استفاده نشده قدرت تشخیص این شتاب دهنده های بسیار بالا است ولی علت استفاده کم در این موارد قیمت زیاد ان ها است و استفاده از جیوه قرمز با توجه بقیمت بالای ان در این دستگاه ها شاغول های حرفه ای قدرت تشخیص بالای را دارن ولی  باز برای تشخیص از شتاب دهنده در موارد گمرکی و پزشکی رو به افزایش است. که در سال های اخیر تمام گمرک های کشوها برای جلو گیری از ورود کالا قاچاق از این دستگاه ها استفاده کرده اند که بتواند بدون تماس فیزیکی تمام کالها ترانزیت را مشاهده و برسی کنند.

۲۴- در تحول گیری و آماده سازی سیستم کولینگ باید یک مدرک با جزئیات مشخصات فراهم شود.در این مدرک مشخصات ضروری سیستم کولینگ، کارایی دستگاه و غیره توسط مشتری ثبت می شود. پذیرش اولیه تجهیزات فرایندی است که طی آن فروشنده، رئوس اولیه عملکرد سیستم کولینگ را به مشتری توضیح می دهد. پذیرش اولیه با تعیین جزئیات سیستم کولینگ تفاوت دارد و باید قسمتی از قراردای باشد که فروشنده برای مشتری فراهم می کند و توافق بین فروشنده و مشتری در رابطه با خصوصیات و عملکرد ذاتی دستگاه(سیستم کولینگ) باید قبل از  پذیرش اولیه صورت گیرد. در پذیرش اولیه یک سری اندازه گیری پایه ای مربوط به عملکرد دستگاه پایه گذاری می شود که در بر دارنده مشخصات اصلی دستگاه می باشد.]۹[

۲۵- به طور کلی کنترل و نمایش کلیه پارامترهای شتابدهنده به صورت دیجیتال بوده و در ۳ بخش مجزا صورت می گیرد.

۱-    Treatment control:  این بخش مربوط به نمایش پارامترهای کار مورد نظر بوده و امکان کنترل و تغییرات اجزاء گانتری ، کولیماتور (و در پزشکی تخت را برای اوپراتور درمان ار اتاق کنترل ) شتابدهنده مهیا می سازد.

۲-    Physicist control: این بخش امکان تنظیم پارامترهای مکانیکی و تابشی شتابدهنده را در اختیار اواپراتور قرار می دهد.

۳-    Service control: این بخش امکان دسترسی به کلیه قسمت های الکتریکی و مکانیکی و تابشی را برای مهندسین فراهم می سازد. در این قسمت می توان به کنترل سیستم کولینگ دست یافت.

در شکل زیر نمای شماتیک از این تجهیزات نشان داده شده

کنترل گانتری: یک عدد کنترل دستی (hand control) دیجیتال برای کنترل گانتری و یک کنترل remote از داخل اتاق کنترل می باشد.

یک کنترل صحیح ، یعنی استفاده از ذرات دوترون با انرژی کمتر باعث می شود که این واکنش به عنوان چشمه ایجاد نوترونها با انرژی زیر۱Mev درآید.چندین واکنش دیگر برای انرژیهای بمبارانی زیر ۲۰۰Kevرزونانس دارند. آیینه ی مغناطیسی همراه با یک الکترود ، کنترل مسیر الکترون را برعهده دارند. باریکه تولیدی بدین طریق درشتابدهنده های خطی مورد استفاده قرار میگیرد.

 فرایند QA فرایندی در یک الگوی فرایند محور است که حد کیفی یا کنترل آن را به تصویر می کشد. کنترل کیفی  QC به بررسی خروجی فرایند واسط یا نهایی برای حداقل سطح کیفی می پردازد. در واقع QC به خودی خود سعی بر ارتقای کیفیت ندارد.QA  با پیش بینی مشکلات پیش از بروز آن سعی بر ارتقای کیفیت ندارد.ضمنا QA  باید بخش انسانی فرایند را پوشش دهد. گر چه کنترل کیفی نهایی، باید نسبت به QC در نقاط بازرسی میانی به تعادل برسد.اما QC همچنان در زنجیره های فرایند طولانی اهمیت بسزایی دارد.]۱۸[

۲۶- تمام اجزا سیستم کولینگ باید در ابتدا در پایه درایو و درجه حرارت ثابت نگه داشته شود. پایداری سیستم را در همون ابتدا باید بررسی نمود.سیستم خنک کننده در چند زیر سیستم برای خنک کردن شتاب دهنده ها به کار می رود. علاوه بر دما باید فشار عملکرد سیستم نیز بررسی شود.یکی از مهمترین پامترها فشار عملکرد سیستم کولینگ و افت فشار درون لوله هاست.

دمای سیستم های کولینگ در شتاب دهنده های خطی بسته نوع کاربرد آنها متفاوت است ولی اکثرا کولینگ های صنعتی در دماهای ۴۵ تا ۵۰ درجه سانتی گراد کار می کنند.انبساط و انقباض سیستم کولینگ نیز به جنس به کار رفته در قطعات بستگی دارد.  که در شکل زیر سک سیستم تولید اشعه با سیستم خنک کننده توضیحی شرکت ناسا را نشان میدهد که ماین گین رنج دمای برای این دستگاه برابر با ۳۰ تا ۳۳ درجه سانتی گراد هست و حتی در شرایط ایده عال این دستگاه توانای ثابت نگه داشتن دما در دمای ثابت را بصورت کاملا فیکس را دارا می باشد

۲۷- شایع ترین مورد در خرابی واتر پمپ، نشتی آب از آن است و معمولا باید تعویض شود. در سیستم های کولینگ آبی که در شتاب دهنده ها وجود دارد احتمال پدیده خوردگی مخصوصا درون لوله ها بالا است که باید مدیریت شود. جنس سیستم کولینگ باید طوری انتخاب شوند که در مقابل دمای بالای شتاب دهنده ها مقاومت حرارتی خوبی از خود نشان داده و از طرفی مسائل ناشی از خوردگی در آن کمتر دیده شود و از نظر اقتصادی به صرفه باشد. که در تمام موارد فقط بحث ابندی و خورندگی است که خیلی مهم است تا بتوانیم از این سیستم حفاظت کنیم

۲۸- عمر مفید سیستم بستگی به شرکت سازنده سیستم کولینگ دارد که با چه تکنولوژی ساخته شده باشد و چه مبردی به عنوان سیال عامل خنک کننده در سیستم به کار برده باشد و همچنین به جنس قطعات سیستم کولینگ و ….  بستگی دارد. بعضی از شرکت ها گارانتی ۱۰ ساله نیز برای سیستم کولینگ دارند.همچنین عمر مفیدی که در طراحی کندانسور، اواپراتور و …. به گرفته می شود نیز محاسبه می شود و در نهایت عمر مفید هر قطعه را با یک ضریب اطمینان به بازار عرضه میکنند.

همچنین با توجه به شرایط کاری و محیط های استفاده از سیستمهای کولینگ معیار های مختلفی برای این سیستم ها دارد . که در سیستم های کولینگ صنعتی خیلی تابع شرایط محیطی است و  همچین شرایط کاری است و با توجه به نوع کولینگ و محیط استفاده معیار های مختلفی برای کولینگ ها در نظر گرفته اند و همچینین قابل به ذکر است که این کولینگ ها در محیط های مرطوب فرسایش های قابل محسوسی دارن و از سیستم های رطوبت گیر استفاده می شود و یک طرح مهم که در سیستم های کولینگ پزشکی قابل ملاحظه است با توجه به اینکه این سیستم ها تابع زیاد به امواج مغناطیسی و الکتریکی است

۲۹- كد MCNP-4Cمحاسباتی مورد استفاده برای انواع شتاب دهنده های خطی می باشد كه استفاده از آن را خيلي ساده و آسان مي سازد MCNP عبارتند ا ز: توانايي تعريف چشمه عمومي، چشمه بحراني، چشمه سطحي همچنين ترسيم مناسب هندسه مسئله ،مجموع هاي غني از روش هاي كاهش واريانس، تاليهاي قابل انعطاف و مجموعه گسترد هاي از داده هاي سطح مقطع.]۱۹[

يك كد شبيه سازي مونت كارلو داراي چهار بخش عمده است:

۱)  داده هاي سطح مقطع براي كليه فر ايندهايي كه در شبيه  سازي بررسي مي شوند .

۲)  الگوريتم استفاده شده براي ترابرد ذره

۳)  رو شهاي مورد استفاده براي نمايش هندسه و عبور ذره از يك حجم به حجم ديگر

۴)  روشهايي براي تعيين كميتهاي مورد نظر و تحليل اطلاعات به دست آمده در شبيه ساز ي.

از برنامه های دیگر که می توان سیستم کولینگ را طراحی کرد نرم افزار کتیا (Catia) می باشد ولی این نرم افزار در تحلیل داری ضعف است بنابراین با طراحی سیستم کولینگ مورد نظر را در نرم افزار تحلیلی مانند انسیس Ansys  برد و تحلیل را در این نرم افزار و در قسمت انسیس ورک بنج Ansys workbench)) انجام داد. در قسمت ورک بنج فلونئت و CFX نرم افزارهای بسیار قدرمتندی برای تحلیل هستند اگر نیاز باشد جریان داخل سیستم کولینگ را به صورت آشفته تحلیل کنیم بهتر است از نرم افزار CFX استفاده شود. البته برای طراحی سیستم کولینگ می توان از خود انسیس ورک برنج و در قسمت طراحی این کار را انجام داد. یکی دیگر از راه های طراحی سیستم کولینگ نرم افزار قدرمتندی در طراحی به نام سالید ورکSolid works) ) است این نرم افزار به علت سادگی محیطش بسیار مورد توجه مهندیس در ایران قرار گرفته است.

برای تحلیل سیستم کولینگ به روش حل دینامیک محاسباتی CFD می توان از زبان برنامه نویسی فرترن FORTRAN استفاده کرد. البته می توان از زبان های برنامه نویسی به روزتری مانند متلبMATLAB  نیز برای تحلیل و کد نویسی سیستم کولینگ استفاده کرد.

یکی دیگر از برنامه های شبیه سازی  سیستم کولینگ نرم افزار Aspen Bjack  است.

و همچنین از نمر افزار کامسول می توان به تحلیل ان پرداخت با توجه به قدرت بالای کامسول و چند فیزیکه بودن ان میتواند  قدرت تحلیل بالای داشته باشد

Fluent یكی از نرم افزارهای صنعتی مشهور می باشد كه دارای قابلیت های فراوانی در تحلیل سیالات است. این نرم افزار قابلیت مدل سازی جریان های دو و سه بعدی را دارا می باشد. برای استفاده از این نرم افزار ابتدا توسط یك نرم افزار كمكی مانند Gambit یا نرم افزارهای CAD، هندسه جریان مشخص می گردد و عمل مش بندی نیز صورت می گیرد. نرم افزار Fluent از خروجی نرم افزار Gambit استفاده می نماید.

این نرم افزار قابلیت انجام محاسبات با دقت معمولی و دقت مضاعف را دارد و كاربر می تواند هر كدام را بر اساس نیاز خود انتخاب نماید.

این نرم افزار بر پایه روش حجم محدود كه یك روش بسیار قوی و مناسب در روش های دینامیک سیالات محاسباتی می باشد، بنا شده است . قابلیت های فراوانی نظیر مدل سازی جریان های دائم و غیر دائم، جریان لزج و غیر لزج، احتراق، جریان مغشوش، حركت ذرات جامد و قطرات مایع در یك فاز پیوسته و ده ها قابلیت دیگر، Fluent را به یك نرم افزار بسیار قوی و مشهور تبدیل نموده است.

آزمایشات عملی و محاسبات تئوری، دو روش اصلی و مشخص برای پیش بینی میزان انتقال حرارت و چگونگی جریان سیال در کاربردهای مختلف صنعتی و تحقیقاتی می باشند. در اندازه گیری های تجربی به دلیل هزینه های زیاد ترجیح داده می شود که آزمایش ها بر روی مدلی با مقیاس کوچکتر از نسخه اصلی انجام پذیرد. حذف پیچیدگی ها و ساده سازی آزمایش ها، خطای دستگاه های اندازه گیری و بعضی موانع در راه اندازه گیری از جمله مشکلاتی هستند که روش های عملی با آنها رو به رو هستند و کارآیی این حالت ها را در بعضی موارد، مورد سوال قرار می دهند.

 مهمترین امتیاز محاسبات تئوری در مقایسه با آزمایش های تجربی، هزینه کم آن است. گرچه در بسیاری موارد ترجیح داده می شود با استفاده از روش های محاسباتی، آنالیز جریان و انتقال حرارت صورت گیرد ولی تایید تحلیل های عددی نیاز به مقایسه با نتایج آزمایشگاهی و یا نتایج تایید شده دیگری دارد. در میان محققین، انجام پژوهش های تجربی ارزش بسیاری دارد و اگر بتوان آزمایش مطلوبی انجام داد، تحلیل های زیادی را بر محور آنها می توان گسترش داد و اطلاعات فراوانی بدست آورد. در هر صورت با دسترسی به دستگاه های محاسبه گر و رایانه های قوی، امروزه در بسیاری از موارد آنالیز دینامیک سیالات و انتقال حرارت با روش های عددی انجام می پذیرد. هرچه پدیده مورد بررسی پیچیدگی بیشتری داشته باشد، روش های عددی اهمیت بیشتری پیدا می کنند.

علاوه بر سرعت بیشتر محاسبات عددی، می توان با این روش ها اطلاعات کامل با جزئیات بیشتر، از قبیل تغییرات سرعت، فشار، درجه حرارت و غیره را در سراسر حوزه مورد نظر به دست آورد. در مقابل، اغلب اوقات، شبیه سازی آزمایشگاهی جهت بدست آوردن این گونه اطلاعات مشکل و مستلزم صرف زمان زیاد بوده و در بعضی شرایط غیر ممکن است. در اکثر مسایل مربوط به مکانیک سیالات، به دلیل پیچیدگی معادلات مربوطه، استفاده از حل تحلیلی امکان پذیر نمی باشد.

Fluent  یک نرم افزار چند منظوره برای مدل سازی جریان سیال، انتقال حرارت و واکنش شیمیایی نوشته شده است. با توجه به محیط مناسب نرم افزار جهت تعریف مساله و شرایط های پیچیده، تعریف شرایط مرزی گوناگون و حل مسایل پیچیده شامل تاثیر پدیده های مختلف به کمک این نرم افزار قابل حل می باشد.

Fluent  برای تحلیل مسایل خاص، روش های شبیه سازی کامپیوتری متفاوتی را بکار می برد و نرم افزار برای راحتی کار، تعریف مساله، محاسبه و دیدن نتایج، منوهای مختلفی درنظر گرفته شده است. وقتی نیاز باشد،Fluent  می تواند مدل مورد نظر را از دیگر نرم افزارهای تولید مدل که با آنها سازگاری دارد وارد کند. این نرم افزار امکان تغییر مش بندی به صورت کامل و تحلیل جریان با مش بندی های پیچیده را فراهم می سازد. نوع مش های قابل تولید و دریافت توسط این نرم افزار شامل مش های با المان های مثلثی و چهار ضلعی (برای هندسه های دو بعدی) و چهار وجهی، شش وجهی، هرمی یا گوه ای (برای هندسه های سه بعدی) می باشد.

همچنین Fluent به کاربر اجازه دستکاری مش (مثلا ریزکردن یا درشت کردن مش در مرز و مکان های لازم در هندسه) را می دهد. این نرم افزار قابلیتی را در اختیار کاربر قرار می دهد که در نواحی که دارای گرادیان های بزرگ (مثل لایه مرزی و…) باشند، مش دقیقتری را ایجاد کند. این قابلیت ها مدت زمان تحلیل را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.

این نرم افزار با زبان برنامه نویسی C نوشته شده است و از تمامی توان و قابلیت انعطاف این زبان بهره می برد. در نتیجه این نرم افزار با استفاده از ساختار مناسب داده ها و اطلاعات، حافظه دینامیک و کنترل انعطاف پذیر محاسبات را ممکن می سازد. این نرم افزار هم اکنون تحت نرم افزار ANSYS ارائه می گردد و با محیط های مختلف آن ارتباط دو سویه دارد. از این قابلیت می توان برای تحلیل مسائل

 FSI(Fluid Structure Interaction) استفاده نمود .

۳۰- سیستم خنک کننده آب سیستم های پیچیده ای نیستند  ولی  نادیده گرفتن ویژگی های ساده در نصب و یا طراحی خود می تواند کل سیستم را ناکارآمد کند. ]۲۱[

در طراحی سیستم خنک کننده باید به مسائلی مانند بارهای هوا، دبی آب، توزیع حرارت، شبیه سازی تبرید، مشخصات شتاب دهنده و شبیه سازی مد نظر گرفته شود. تولید و یا خرید قطعاتی مانند فن و پمپ برای سیستم خنک کننده ضروری است. اگر ساخت پمپ و اجزای آن پیچیدگی های خاص خودش را دارد. اکثر قطعات سیستم خنک کننده را به صورت جز به جز می توان با ریخته گری تولید کرد.]۲۲[

طراحی و ساخت کمپرسور، اواپراتور و کندانسور که از اجزای اصلی چیلر می باشند دارای پیچیدگی خاصی بوده و تولید این قطعات هزینه بر است. معمولا سيكل مبرد مجزا شامل تجهيزات زيراست.

 شير انبساط الكتريكي، شير سلونوئيد ، گيج فشار بالا/پايين، شير مايع مبرد، تجهيزات بازگشت روغن، پمپ جت مايع، محفظه شیشه ای نشانگر سطح آب، سوئيچ فشار بالا/پايين چندكاربري، صافي خشك كن قابل تعويض، سوئيچ دما و شير اطمينان مبرد. خرید این قطعات به نسبت ارزان تر می باشد. یکی دیگر از قسمت های چیلر جعبه كنترل قدرت بوده  که خود شامل سه قسمت جعبه قدرت، جعبه پنل تجهيزات و جعبه كنترل می باشد و بسته به این که ضدآب ، دارای کنترل دستی  و اتوماتیک، باشد و … باشد دارای قیمت های متفاوتی می باشند.

ساخت هر چیلر نیاز به نفشه خاص خود دارد به عنوان مثال یک نقشه کلی  از چیلر چهار کمپرسور در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل۲۳- چیلر تراکمی هوا خنک شامل چهار کمپرسور

پروسه  ساخت و طراحی سیستم کولینگ شامل مشکلات زیادی می باشد. از نظر هزینه می توان  به خرید قطعات مختلف سیستم کولینگ اشاره کرد و با توجه به این که اکثر قطعات سیستم کولینگ در داخل کشور ساخته نمی شوند و بعضا کیفیت لازم را برای ساخت یک سیستم کولینگ قدرتمند ندارند نیاز به خرید بعضی از قطعات از خارج از کشور و هزینه های احتمالی حمل و نقل و…. را نیز شامل می شود. از نظر تکنیک  ساخت نیاز به یک مهندس مکانیک شاخه تبدیل انرژی(حرارت و سیالات) نیز ضروری است تا سیستم کولینگ مطابق استاندارد ساخته شود. همچنین در طول فرایند ساخت نیاز به ابزارهای جانبی مانند ابزار اندازه گیری(کولیس،متر و ..)، تراشکاری بعضی از قطعات در صورت نیاز و …. می توان اشاره کرد.پس از ساخت سیستم کولینگ نیاز به ازمایش نیز ضروری است تا مطمئن شد این سیستم توان اینکه حرارت لازم را از دستگاه مورد نظر(شتاب دهنده) بگیرد را دارد.همچنین در مورد عمر سیستم خنک کننده نیز باید در طی فرایند طراحی بررسی شود.

اگر سیستم کولینگ را بخواهیم قبل از ساخت شبیه سازی کنیم نیاز است برنامه تجاری مورد نظر را شناسایی کرد و برای شبیه سازی نیاز به یک سیستم کامپیوتر نیز می باشد. معمولا مهندسین سیستم های کولینگ را با روش دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی می کنند. بهترین روش انالیز سیستم کولینگ برنامه نویسی با زبان های فرترن یا متلب می باشد که در خروجی می توان عمر مفید سیستم کولینگ، خطوط جریان و خطوط دما را رسم کرد و همچنین شارهای حرارتی را می توان از این طریق مورد بررسی قرار دارد و سیستم کولینگ در صورت نیاز بهینه سازی کرد.

دیاگرام های سیستم های کولینگ

Ähnliches Foto
Bildergebnis für cooling system diagram
Bildergebnis für cooling system diagram

فلوچارت ساخت

Bildergebnis für The flowchart and block diagram design of the cooling system
Bildergebnis für The flowchart and block diagram design of the cooling system
Bildergebnis für The flowchart and block diagram design of the cooling system

شکل اجزای کولینگ

اواپراتور

Bildergebnis für The actual shape of all components of the   evaporator

کندانسور

Bildergebnis für The actual shape of all components of the  condenser
Bildergebnis für The actual shape of all components of the  condenser

ژنراتور

Bildergebnis für The actual shape of all components of the  Generator in collin system

شیر های فشار شکن

Bildergebnis für The actual shape of all components of the  Instant pressure relief valves in collin system
Bildergebnis für The actual shape of all components of the  Instant pressure relief valves in collin system

پمپ

Bildergebnis für The actual shape of all components of the pump in collin system

قیمت

نام شرکتعلامت تجاریسال تاسیسسایزاواپراتورابزوربرکندانسورژنراتورشیر فشارشکن محلول شیر فشارشکن مبردیپمپ
Ugur Cooling Inc. CoUgur Cooling1954کوچیک۲۵-۳۰۱۰–۱۵۲۵-۳۵۲۰-۲۵۲–۵۲–۵۲۵-۳۰
Delta Coolingمتوسط۹۰-۱۲۰۵۰-۶۰۶۰-۷۰۲۵-۴۵۳–۷۳–۷۳۵-۴۵
Uğur Motor Vehicles Inc. Co.Kymco Motocycles2004کوچیک۱۵-۴۵۱۰–۳۵۱۵-۵۰۱۵–۴۰۱–۱۰۲–۱۵۱۰–۴۵
Mondial Motorcycleمتوسط۸۰-۱۲۰۴۰–۷۵۵۰–۸۰۲۵–۶۰۳–۲۰۳–۲۰۲۵–۵۵
Motovento Accessoriesبزگ۳۰۰-۱۰۰۰۱۳۰–۳۵۰۳۴۰–۹۰۰۸۰–۱۵۰۱۰–۳۰۱۰–۳۰۵۰–۱۲۰
E-mon
Kuteks Inc. Co.Kuteks1984
Fortune
Uğur Integrated Food Ltd. Co.U’Fresh2011
Cooling Tower Technologies
سایزاواپراتورابزوربرکندانسورژنراتورشیر فشارشکن محلول شیر فشارشکن مبردیپمپ
کوچیک۲۰-۳۰۱۰–۱۵۲۳-۳۰۱۵-۲۵۲–۵۲–۵۲۰-۲۵
متوسط۸۰-۱۲۰۵۰-۶۰۵۵-۶۵۳۰-۵۰۳–۷۳–۷۳۰-۴۰http://www.cttillc.com/
بزگ۳۵۰-۸۰۰۱۵۰-۲۰۰۴۰۰-۸۵۰۱۰۰-۱۵۰۱۵–۲۰۱۵–۲۰۷۰-۸۰

منابع

۱- Swetin, E., M. Kirshenbaum, and C. Putnam. “Cooling Water Systems for Accelerator Components at the Advanced Photon Source.” these proceedings, 2002.

۲- Sakai, Takeshi, et al. “Precise control of cooling water system for stabilization of linac at LEBRA in Nihon University.” Proceedings of the 5th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 33rd Linear Accelerator Meeting in Japan (August 6-8, 2008, Higashihiroshima, Japan) pp.

۳- Kim, K. R., et al. “Operational Experience of Cooling Water Systems for Accelerator Components at PLS.” Particle Accelerator Conference, 2005. PAC 2005. Proceedings of the. IEEE, 2005.

۴- Wang, J. W. International X-Band Linear Collider Accelerator Structure R&D. SLAC-PUB-13554, February, 2009.

۵- Willetts, G. W., and S. E. James. “Leak sealing inaccessible accelerator cooling systems.” Particle Accelerator Conference, 2001. PAC 2001. Proceedings of the 2001. Vol. 2. IEEE, 2001.

۶-Bernardin, J., Curtt Ammerman, and Steve Hopkins. “The design and performance of a water cooling system for a prototype coupled cavity linear particle accelerator for the spallation neutron source.” Proc. of 6th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference, TED-AJ03-537. 2003.

۷- Gibson, Paul, et al. “Resonance Control Cooling System Performance and Developments.” Particle Accelerator Conference, 2005. PAC 2005. Proceedings of the. IEEE, 2005.

۸- G. Schaffer, ‘Components for High Power RF System in Modern Accelerators’, Lecture given at the 3rd Workshop, New Techniques for Future Accelerators, May, 1987

۹- http://www.bairnecessities.com/comparing-the-best-heating-and-cooling-system-brands-know-which-one-is-for-you.php

۱۰- Overview of Vapor Absorption Cooling Systems, A. Bhatia, Continuing Education and Development, Inc.

۱۱- عربی، مهسا. و دهقانی، محمدرضا، بررسی فنی و اقتصادی سیستم‌های چیلرجذبی خورشیدی در ایران؛ مجله مهندسی شیمی ایران، سال نهم، شماره ۴۶، ۱۳۸۹٫

۱۲ – Ghaddar, N.K., Shihab, M., Bdeir, F., Modeling and simulationof solar absorption system performance in Beirut,Renewable energy, Vol. 10, pp. 539-558, 1997.

۱۳ – Zheng, w., Yang, J., Simulation and optimization of steam operated double effect water-LiBrabsorption heat pump, Applied Thermal Engineering, Vol.109, pp. 454-465, 2016.

۱۴ -Laoufi, S., Draoui, B., Simulation and optimization of solar driven air conditiong system for  a house in south algeria , Technoligy and development, Vol.1, pp. 42-48, 2016.

۱۵ – Shirazi, A., Taylor, R., White, S.,Morrison, G., A systematic parametric study and feasibility assessment of solar-assisted single-effect, double effect, and triple-effect absorption chillers for heating and cooling applications, Energy Conversion and Management, Vol. 114, pp. 258–۲۷۷, ۲۰۱۶٫

۱۶ -Marc, O., Sinama, F., perane, J., Lucas, F., Casting-lasvignottes, J., Dynamic modeling and experimental validation elements of a 30 kWLiBr/H2O single effect absorption chiller for solar application, Applied Thermal Engineering, vol.90, pp.980-993, 2015

۱۷ -Gomri, R., Hakimi, R., Second law analysis of double effect vapour absorption cooler system, Energy Conversion and Management, Vol. 49, pp. 3343-3348, 2008.

۱۸ -“Accelerators for Hadrontherapy and the Role of Industry,”Particle Therapy Siemens AG Healthcare Sector, (2008) http://epaper.kek.jp/e08/talks/weim01_talk.pdf.

۱۹- Huang, “Boron Neutron Capture Therapy for Cancer Treatments,” Department of Physics Faculty  of Electronics & Physical Sciences University of Surrey (2009).

۲۰- U Amaldi, “Hadron Therapy in The World,” University of Milano Bicocca and TERA Foundation, Italy (2008) 10.

۲۱ Koehler, W.J., Ibele, W.E., Soltes, J., Availability simulation of a lithium bromide absorption heatpump,Heat Recovery Systems and CHP, Vol. 8, No. 2,  pp. 157-171, 1988.

برچسبها
مطالب مرتبط

دیدگاهی بنویسید.

بهتر است دیدگاه شما در ارتباط با همین مطلب باشد.

0