Qu'est-ce qu'un cyclotron?

Un cyclotron est un type d'accélérateur de particules qui utilise un champ magnétique constant et des champs électriques alternés pour accélérer une particule dans un mouvement en spirale.Ces types d'accélérateurs de particules ont été parmi les premiers conçus et présentent plusieurs avantages par rapport aux accélérateurs linéaires précoces, tels que des exigences de taille plus petites.Bien que les progrès technologiques aient rendu possible des types d'accélérateurs de particules plus complexes, il y a encore quelques utilisations pour les cyclotrons dans un certain nombre de domaines différents.Un cyclotron peut encore être utilisé dans l'expérimentation physique, en particulier en tant que première partie d'un accélérateur à plusieurs étapes.

Développé en 1932, un cyclotron est un accélérateur de particules qui utilise le mouvement circulaire, généralement dans une spirale de croissance extérieure, pour accélérer les particules pourun certain nombre d'utilisations différentes.L'accélération des particules nécessite généralement une assez grande distance pour permettre aux particules de atteindre une vitesse suffisante pour une utilisation dans les expériences.La conception d'un cyclotron, cependant, permet à des accélérateurs plus petits d'être utilisés avec un grand effet, car la particule se déplace dans un mouvement circulaire et parcourt une grande distance sans nécessiter un long couloir droit pour le passage.

Un cyclotron fonctionne essentiellement en utilisant un longPaire d'électrodes à haute puissance, chacune en forme de «D» avec les côtés plats les uns vers les autres, pour créer une forme circulaire complète.En commençant au centre du cercle, une particule commence à s'éloigner du centre, mais en utilisant l'attraction et la répulsion, il est plutôt tiré dans un mouvement circulaire.Les diodes alternent la charge entre elles afin que la particule soit accélérée vers l'une, puis se courbe car elle est repoussée par celle et attirée vers l'autre, puis continue le motif entre les deux électrodes.Cela créerait un mouvement circulaire parfait s'il est laissé seul, mais un champ magnétique est créé entre les deux diodes, qui est perpendiculaire au mouvement circulaire de la particule.

Ce champ magnétique déplace légèrement le mouvement de la particule, donc chaque fois qu'ilpasse entre les deux électrodes, il est un peu éloigné du centre du cercle.En déplaçant la particule légèrement vers l'extérieur, le chemin qu'il prend pendant l'accélération devient une spirale en croissance extérieure plutôt qu'un cercle.Cela permet à la particule de frapper éventuellement une zone cible à l'intérieur de l'unité de confinement, où il peut ensuite être redirigé pour une étude ou une utilisation plus approfondie.

L'un des principaux inconvénients d'un cyclotron est que la zone cible ne peut être utilisée que pourUne particule se déplaçant à des vitesses qui peuvent être correctement calculées à l'aide de la physique newtonienne.Des vitesses plus élevées entraîneraient des effets relativistes et la cible ne serait pas frappée correctement, ce qui signifie qu'un cyclotron ne peut généralement pas produire les niveaux d'accélération que les accélérateurs linéaires plus récents peuvent.Cependant, des cyclotrons isochrones ont été développés qui peuvent compenser les changements relativistes de la particule et peuvent être assez efficaces.