ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ವೇಗದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ ಮತ್ತು ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಂತಹ ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣೆಯ ತತ್ತ್ವ#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲ ತತ್ತ್ವವೆಂದರೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ಮಾತ್ರ ಹಾದುಹೋಗಬಹುದಾದ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ರಚಿಸಲು ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಬಳಸುವುದು. ಇದನ್ನು ಏಕರೂಪದ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಏಕರೂಪದ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಕ್ಷೇತ್ರ ರೇಖೆಗಳ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ಮತ್ತು ಕಣದ ವೇಗ ಎರಡಕ್ಕೂ ಲಂಬವಾದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತದೆ. ಕಣದ ಮೇಲಿನ ನಿವ್ವಳ ಬಲವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$ F = q(E + v x B) $$

ಇಲ್ಲಿ:

• F ಎಂಬುದು ಕಣದ ಮೇಲಿನ ನಿವ್ವಳ ಬಲ
• q ಎಂಬುದು ಕಣದ ಆವೇಶ
• E ಎಂಬುದು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ
• v ಎಂಬುದು ಕಣದ ವೇಗ
• B ಎಂಬುದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ

ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಬಲ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಬಲ ಸಮಾನ ಮತ್ತು ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಸರಿಹೊಂದಿಸಿದರೆ, ಕಣದ ಮೇಲಿನ ನಿವ್ವಳ ಬಲ ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ವೇಗ ಆಯ್ಕೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಆಯ್ಕೆಮಾಡಿದ ವೇಗಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ನಿವ್ವಳ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಆಯ್ಕೆಮಾಡಿದ ವೇಗಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ನಿವ್ವಳ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಆಯ್ಕೆಮಾಡಿದ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ಮಾತ್ರ ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಸೂತ್ರ#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ವೇಗದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ವಿಭಿನ್ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ-ಆವೇಶ ಅನುಪಾತಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಸೂತ್ರವು:

$$ v = \frac{E}{B} $$

ಇಲ್ಲಿ:

• $v$ ಎಂಬುದು ಆವೇಶಿತ ಕಣದ ವೇಗ
• $E$ ಎಂಬುದು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ
• $B$ ಎಂಬುದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ಪರಸ್ಪರ ಲಂಬವಾಗಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಅವುಗಳನ್ನು ವಿಚಲಿತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚು ವಿಚಲಿತಗೊಳ್ಳುವ ಕಣಗಳು ಕಡಿಮೆ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಅಥವಾ ವಿಭಿನ್ನ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ಬಳಸಬಹುದು.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳು#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣವು ಅದರ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಎರಡಕ್ಕೂ ಲಂಬವಾದ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬ ತತ್ತ್ವದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ನಿಂತಿದೆ. ಈ ಬಲವನ್ನು ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಆವೇಶಿತ ಕಣವನ್ನು ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯವು ಕಣದ ವೇಗಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.

ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳಿಗೆ ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲವನ್ನು ರದ್ದುಪಡಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ. ಇದು ಬಯಸಿದ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಇತರ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ವಿಚಲಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ, ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಸೇರಿದಂತೆ ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣೆಯ ತತ್ತ್ವ#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣೆಯ ತತ್ತ್ವವನ್ನು ಏಕರೂಪದ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಆವೇಶಿತ ಕಣದ ಚಲನೆಯನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವ ಮೂಲಕ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಆವೇಶಿತ ಕಣವು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಿದಾಗ, ಅದು ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲದಿಂದ ನೀಡಲ್ಪಡುವ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತದೆ:

$$\mathbf{F} = q\mathbf{v} \times \mathbf{B}$$

ಇಲ್ಲಿ:

• $\mathbf{F}$ ಎಂಬುದು ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲ
• $q$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ಆವೇಶ
• $\mathbf{v}$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ವೇಗ
• $\mathbf{B}$ ಎಂಬುದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ

ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲವು ಕಣದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಎರಡಕ್ಕೂ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಕಣವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ತ್ರಿಜ್ಯದೊಂದಿಗೆ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ:

$$r = \frac{mv}{qB}$$

ಇಲ್ಲಿ:

• $r$ ಎಂಬುದು ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯ
• $m$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ
• $v$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ವೇಗ
• $q$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ಆವೇಶ
• $B$ ಎಂಬುದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ

ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳಿಗೆ ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲವನ್ನು ರದ್ದುಪಡಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ. ಇದನ್ನು ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲದ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವ ಮೂಲಕ ನೋಡಬಹುದು:

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

ಇಲ್ಲಿ:

• $\mathbf{F}$ ಎಂಬುದು ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲ
• $q$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ಆವೇಶ
• $\mathbf{v}$ ಎಂಬುದು ಕಣದ ವೇಗ
• $\mathbf{B}$ ಎಂಬುದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ
• $\mathbf{E}$ ಎಂಬುದು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ

ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿದರೆ:

$$\mathbf{E} = -\mathbf{v} \times \mathbf{B}$$

ಆಗ ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲವು ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಆವೇಶಿತ ಕಣವು ಸ್ಥಿರ ವೇಗದೊಂದಿಗೆ ನೇರ ರೇಖೆಯಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇವುಗಳನ್ನು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ, ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಸೇರಿದಂತೆ ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಅನನುಕೂಲಗಳು#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಬಳಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಮತ್ತು ಕಣದ ವೇಗ ಎರಡಕ್ಕೂ ಲಂಬವಾದ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬ ತತ್ತ್ವದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ನಿಂತಿದೆ. ಈ ಬಲವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ವೇಗಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುವ ತ್ರಿಜ್ಯದೊಂದಿಗೆ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳು ಉಪಯುಕ್ತ ಸಾಧನಗಳಾಗಿದ್ದರೂ, ಅವುಗಳ ಕೆಲವು ಅನನುಕೂಲಗಳಿವೆ:

• ಸೀಮಿತ ವಿಭೇದನ: ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯೊಳಗೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಬಲ್ಲವು. ಇದರರ್ಥ ಈ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯ ಹೊರಗಿನ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

• ವಿಕೃತಿಗಳು: ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳು ವಿಕೃತಿಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಬಹುದು, ಇವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ವಿರೂಪತೆಗಳಾಗಿವೆ. ಈ ವಿಕೃತಿಗಳು ಅ-ಏಕರೂಪದ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳು, ತಪ್ಪಾದ ಸಂರೇಖಣೆ ಅಥವಾ ಇತರ ಅಂಶಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗಬಹುದು.

• ಸ್ಥಳಾವಕಾಶ ಆವೇಶ ಪರಿಣಾಮಗಳು: ಕಿರಣದಲ್ಲಿನ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆ ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ಸ್ಥಳಾವಕಾಶ ಆವೇಶ ಪರಿಣಾಮಗಳು ಉಂಟಾಗುತ್ತವೆ. ಇದು ಕಣಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಸಂವಹನ ನಡೆಸಲು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮ ಬೀರಲು ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು. ಸ್ಥಳಾವಕಾಶ ಆವೇಶ ಪರಿಣಾಮಗಳು ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಮಿತಿಗೊಳಿಸಬಹುದು.

• ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳು: ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳು ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು ಬಲವಾದ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಸ್ಥಳ ಸೀಮಿತವಾಗಿರುವ ಅಥವಾ ಬಲವಾದ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಬಯಸದ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಇದು ಅನನುಕೂಲವಾಗಬಹುದು.

• ವೆಚ್ಚ: ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಲು ಮತ್ತು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ದುಬಾರಿಯಾಗಬಹುದು. ಇದು ಕೆಲವು ಅನ್ವಯಗಳಿಗೆ ಅವುಗಳನ್ನು ಅಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿಸಬಹುದು.

ಈ ಅನನುಕೂಲಗಳ ಹೊರತಾಗಿಯೂ, ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಇನ್ನೂ ಉಪಯುಕ್ತ ಸಾಧನಗಳಾಗಿವೆ. ಇವುಗಳನ್ನು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ, ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಸೇರಿದಂತೆ ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಬಳಕೆಗಳು#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ವೇಗದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು, ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರಗಳು ಮತ್ತು ವಿಭಿನ್ನ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಇತರ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಅನ್ವಯಗಳು#

1. ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ#

ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ, ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ-ಆವೇಶ ಅನುಪಾತದ (m/z) ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಅಯಾನುಗಳ ಮೇಲೆ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಅವುಗಳನ್ನು ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯವು ಅಯಾನಿನ m/z ಅನುಪಾತಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯವನ್ನು ಅಳೆಯುವ ಮೂಲಕ, ಅಯಾನಿನ m/z ಅನುಪಾತವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದು.

2. ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು#

ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳಲ್ಲಿ, ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಣಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಅವುಗಳನ್ನು ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಬಯಸಿದ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ನಿಗದಿತ ನಿರ್ಗಮನ ಸೀಳಿನ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.

3. ಕಿರಣ ಆಕಾರ ನೀಡುವಿಕೆ#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಕಿರಣವನ್ನು ಆಕಾರ ನೀಡಲು ಸಹ ಬಳಸಬಹುದು. ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸುವ ಮೂಲಕ, ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು ಕಿರಣವನ್ನು ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಲು ಅಥವಾ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಬಳಸಬಹುದು.

4. ಅಯಾನು ದೃಗ್ವಿಜ್ಞಾನ#

ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳನ್ನು ಅಯಾನು ದೃಗ್ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿಯೂ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ, ಅಯಾನು ದೃಗ್ವಿಜ್ಞಾನವನ್ನು ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಲು, ವಿಚಲಿತಗೊಳಿಸಲು ಮತ್ತು ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿಸಲು ಬಳಸಬಹುದು.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳು ಬಹುಮುಖ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ ಸಾಧನಗಳಾಗಿವೆ, ಇವುಗಳನ್ನು ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇವುಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿಭೇದನ, ವ್ಯಾಪಕ ಅನ್ವಯಗಳ ವ್ಯಾಪ್ತಿ ಮತ್ತು ಅ-ವಿನಾಶಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತವೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಪರಿಹರಿಸಿದ ಉದಾಹರಣೆಗಳು#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳು ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುವ ಆದರೆ ವಿಭಿನ್ನ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ವಿಚಲಿತಗೊಳಿಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣವು ಅದರ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಎರಡಕ್ಕೂ ಲಂಬವಾದ ಬಲವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬ ತತ್ತ್ವದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ನಿಂತಿದೆ. ಈ ಬಲವನ್ನು ಲೊರೆಂಜ್ ಬಲ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಆವೇಶಿತ ಕಣವನ್ನು ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯವು ಕಣದ ವೇಗಕ್ಕೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.

ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಎಚ್ಚರಿಕೆಯಿಂದ ಆರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು ಅವುಗಳು ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ. ವಿಭಿನ್ನ ವೇಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಣಗಳು ವಿಚಲಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳ ಕೆಲವು ಪರಿಹರಿಸಿದ ಉದಾಹರಣೆಗಳು ಇಲ್ಲಿವೆ:

ಉದಾಹರಣೆ 1: ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು 1.0 x 10^6 m/s ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 0.5 T ಆಗಿದೆ, ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 100 V/m ಆಗಿದೆ.

ಪರಿಹಾರ:

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

$$r = \frac{mv}{qB}$$

ಇಲ್ಲಿ:

• r ಎಂಬುದು ಮೀಟರ್ಗಳಲ್ಲಿ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯ
• m ಎಂಬುದು ಕಿಲೋಗ್ರಾಂಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ
• v ಎಂಬುದು ಮೀಟರ್ ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡ್ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ವೇಗ
• q ಎಂಬುದು ಕೂಲಂಬ್ಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ನ ಆವೇಶ
• B ಎಂಬುದು ಟೆಸ್ಲಾಗಳಲ್ಲಿ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ

ಸಮೀಕರಣಕ್ಕೆ ನೀಡಲಾದ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಬದಲಿಸಿದರೆ, ನಾವು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ:

$$r = \frac{(9.11 \times 10^{-31} \text{ kg})(1.0 \times 10^6 \text{ m/s})}{(1.602 \times 10^{-19} \text{ C})(0.5 \text{ T})}$$

$$r = 1.14 \times 10^{-2} \text{ m}$$

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು 1.14 x 10$^{-2}$ m ತ್ರಿಜ್ಯದೊಂದಿಗೆ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಮೇಲೆ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಅವುಗಳನ್ನು ನೇರ ರೇಖೆಯಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಬಲವು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಬಲಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುವಂತೆ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ವಿಚಲಿತಗೊಳ್ಳದೆ ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

ಉದಾಹರಣೆ 2: ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವನ್ನು 2.0 x 10$^6$ m/s ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 1.0 T ಆಗಿದೆ, ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 200 V/m ಆಗಿದೆ.

ಪರಿಹಾರ:

ಉದಾಹರಣೆ 1 ರಲ್ಲಿರುವಂತೆಯೇ ಅದೇ ವಿಧಾನವನ್ನು ಅನುಸರಿಸಿ, ನಾವು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯವನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಬಹುದು:

$$r = \frac{mv}{qB}$$

ಇಲ್ಲಿ:

• r ಎಂಬುದು ಮೀಟರ್ಗಳಲ್ಲಿ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದ ತ್ರಿಜ್ಯ
• m ಎಂಬುದು ಕಿಲೋಗ್ರಾಂಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಟಾನ್ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ
• v ಎಂಬುದು ಮೀಟರ್ ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡ್ನಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಟಾನ್ನ ವೇಗ
• q ಎಂಬುದು ಕೂಲಂಬ್ಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಟಾನ್ನ ಆವೇಶ
• B ಎಂಬುದು ಟೆಸ್ಲಾಗಳಲ್ಲಿ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ

ಸಮೀಕರಣಕ್ಕೆ ನೀಡಲಾದ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಬದಲಿಸಿದರೆ, ನಾವು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ:

$$r = \frac{(1.67 \times 10^{-27} \text{ kg})(2.0 \times 10^6 \text{ m/s})}{(1.602 \times 10^{-19} \text{ C})(1.0 \text{ T})}$$

$$r = 2.09 \times 10^{-2} \text{ m}$$

ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು 2.09 x 10$^{-2}$ m ತ್ರಿಜ್ಯದೊಂದಿಗೆ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳ ಮೇಲೆ ಬಲವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಅವುಗಳನ್ನು ನೇರ ರೇಖೆಯಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಬಲವು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಬಲಕ್ಕೆ ಸಮನಾಗಿರುವಂತೆ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ವಿಚಲಿತಗೊಳ್ಳದೆ ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಹೇಗೆ ಬಳಸಬಹುದು ಎಂಬುದರ ಕೇವಲ ಎರಡು ಉದಾಹರಣೆಗಳು ಇವು. ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರಗಳನ್ನು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರ, ಕಣ ವೇಗವರ್ಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಸೇರಿದಂತೆ ವಿವಿಧ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ FAQs#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರ ಎಂದರೇನು?#

ವೇಗ ಆಯ್ಕೆಗಾರವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆವೇಶಿತ ಕಣಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದನ್ನು ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ-ಆವೇಶ ಅನುಪಾತದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ವರ್ಣಕೇಂದ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತ