Hva er en syklotron?

En syklotron er en type partikkelakselerator som bruker et konstant magnetfelt og vekslende elektriske felt for å akselerere en partikkel i en spiralbevegelse.Disse typene partikkelakseleratorer var blant de første utformede og har flere fordeler fremfor tidlige lineære akseleratorer, for eksempel krav til mindre størrelse.Selv om fremskritt innen teknologi har gjort mer komplekse typer partikkelakseleratorer mulig, er det fortsatt noen bruksområder for syklotroner i en rekke forskjellige felt.En syklotron kan fremdeles brukes i fysikkeksperimentering, spesielt som en tidlig del av en flertrinns akselerator.

Utviklet i 1932, en syklotron er en partikkelakselerator som bruker sirkulær bevegelse, typisk i en ytre voksende spiral, for å akselerere partikler forEn rekke forskjellige bruksområder.Partikkelakselerasjon krever typisk en ganske stor avstand for å la partiklene komme til tilstrekkelig hastighet for bruk i eksperimenter.Par høydrevne elektroder, hver formet som en "D" med de flate sidene mot hverandre, for å skape en fullstendig sirkulær form.Fra midten av sirkelen begynner en partikkel å bevege seg bort fra sentrum, men ved å bruke attraksjon og frastøtning, trekkes den i stedet inn i en sirkulær bevegelse.Diodene veksler ladningen mellom dem slik at partikkelen blir akselerert mot den ene, og kurver seg deretter rundt når den skyves bort av den ene og tiltrekkes mot den andre, fortsetter deretter mønsteret mellom de to elektrodene.Dette vil skape en perfekt sirkulær bevegelse hvis det er alene, men et magnetfelt opprettes mellom de to diodene, som er vinkelrett på den sirkulære bevegelsen til partikkelen.

Dette magnetfeltet forskyver litt bevegelsen til partikkelen, så hver gang denPasserer mellom de to elektrodene den flyttes litt bort fra midten av sirkelen.Ved å bevege partikkelen litt utover, blir banen den tar under akselerasjon en ytre voksende spiral i stedet for en sirkel.Dette gjør at partikkelen til slutt kan slå et målområde på innsiden av inneslutningsenheten, der den deretter kan omdirigeres for videre studier eller bruk.

En av de største ulempene med en syklotron er at målområdet bare kan brukes tilEn partikkel som kjører i hastigheter som kan beregnes ordentlig ved bruk av Newtonsk fysikk.Høyere hastigheter vil føre til at relativistiske effekter oppstår, og målet ville ikke bli rammet ordentlig, noe som betyr at en syklotron typisk ikke kan produsere nivåene av akselerasjon som nyere, lineære akseleratorer kan.Isokrone syklotroner er imidlertid utviklet som kan kompensere for relativistiske endringer i partikkelen, og kan være ganske effektive.