Cos'è un ciclotrone?

Un ciclotrone è un tipo di acceleratore di particelle che utilizza un campo magnetico costante e campi elettrici alternati per accelerare una particella in un movimento a spirale.Questi tipi di acceleratori di particelle sono stati tra i primi elaborati e hanno diversi vantaggi rispetto ai primi acceleratori lineari, come requisiti di dimensioni minori.Mentre i progressi nella tecnologia hanno reso possibili tipi più complessi di acceleratori di particelle, ci sono ancora alcuni usi per i ciclotroni in diversi campi.Un ciclotrone può ancora essere utilizzato nella sperimentazione di fisica, specialmente come parte iniziale di un acceleratore a più stadi.

Sviluppato nel 1932, un ciclotrone è un acceleratore di particelle che utilizza il movimento circolare, in genere in una spirale in crescita verso l'esterno, per accelerare le particelle perdiversi usi.L'accelerazione delle particelle richiede in genere una distanza abbastanza grande per consentire alle particelle di arrivare a una velocità sufficiente per l'uso negli esperimenti.La progettazione di un ciclotrone, tuttavia, consente di utilizzare acceleratori più piccoli, poiché la particella si muove in un movimento circolare e viaggia in una grande distanza senza richiedere un lungo corridoio dritto per il passaggio.

Un ciclo di cycletron funziona fondamentalmente utilizzando unCoppia di elettrodi ad alta potenza, ognuno a forma di "D" con i lati piatti l'uno verso l'altro, per creare una forma circolare completa.A partire dal centro del cerchio, una particella inizia ad allontanarsi dal centro, ma usando l'attrazione e la repulsione, viene invece tirata in un movimento circolare.I diodi alternano la carica tra loro in modo che la particella sia accelerata verso una, quindi si curva mentre viene allontanata da quella e attratta verso l'altra, quindi continua il modello tra i due elettrodi.Ciò creerebbe un movimento circolare perfetto se lasciato solo, ma viene creato un campo magnetico tra i due diodi, che è perpendicolare al movimento circolare della particella.

Questo campo magnetico sposta leggermente il movimento della particella, quindi ogni voltaPassa tra i due elettrodi, viene spostato un po 'dal centro del cerchio.Spostando la particella leggermente verso l'esterno, il percorso che intraprende durante l'accelerazione diventa una spirale in crescita verso l'esterno piuttosto che un cerchio.Ciò consente alla particella di colpire eventualmente un'area target all'interno dell'unità di contenimento, dove può quindi essere reindirizzata per ulteriori studi o utilizzo.

Uno dei principali svantaggi di un ciclotrone è che l'area target può essere utilizzata solo perUna particella che viaggia a velocità che può essere correttamente calcolata usando la fisica newtoniana.Velocità più elevate causerebbero effetti relativistici e il bersaglio non verrebbe colpito correttamente, il che significa che un ciclotrone non può in genere produrre i livelli di accelerazione che possono più nuovi acceleratori lineari.I ciclotroni isocroni sono stati sviluppati, tuttavia, che possono compensare i cambiamenti relativistici alla particella e possono essere abbastanza efficaci.