Co to jest cyklotron?

Cyklotron jest rodzajem akceleratora cząstek, który wykorzystuje stałe pole magnetyczne i naprzemienne pola elektryczne w celu przyspieszenia cząstki w ruchu spiralnym.Tego rodzaju akceleratory cząstek były jednymi z pierwszych opracowanych i mają kilka zalet w stosunku do wczesnych liniowych akceleratorów, takich jak wymagania o mniejszych rozmiarach.Chociaż postęp w technologii umożliwił bardziej złożone typy akceleratorów cząstek, nadal istnieją pewne zastosowania dla cyklotronów w wielu różnych dziedzinach.Cyklotron może być nadal stosowany w eksperymentach fizyki, zwłaszcza jako wczesna część wieloetapowego akceleratora.

Opracowany w 1932 r., Cyklotron jest akceleratorem cząstek, który wykorzystuje ruch okrągły, zwykle w rozwijającej się spirali zewnętrznej, aby przyspieszyć cząstki dlaszereg różnych zastosowań.Przyspieszenie cząstek zazwyczaj wymaga dość dużej odległości, aby umożliwić cząstki na wystarczającą prędkość do zastosowania w eksperymentach.Projekt cyklotronu pozwala jednak na użycie mniejszych akceleratorów, ponieważ cząstka porusza się w ruchu okrągłym i przemieszcza dużą odległość, nie wymagając długiego prostego korytarza do przejścia.

Cyklotron w zasadzie działa poprzez wykorzystanie aPara elektrod o dużej mocy, każda w kształcie „D” z płaskimi stronami w kierunku siebie, aby stworzyć pełny okrągły kształt.Począwszy od środka koła, cząstka zaczyna odchodzić od środka, ale stosując przyciąganie i odpychanie, zamiast tego jest ciągnięta w ruch okrągły.Diody naprzemienne ładunek między nimi, aby cząstka przyspiesza w kierunku jednego, a następnie zakrzywia się, gdy jest odepchnięta przez to jedno i przyciągane w kierunku drugiego, a następnie kontynuuje wzór między dwiema elektrodami.Stworzyłoby to doskonały ruch okrągły, gdyby został sam, ale między dwoma diodami powstaje pole magnetyczne, które jest prostopadłe do ruchu okrągłego cząstki.

To pole magnetyczne nieznacznie przesuwa ruch cząstki, więc za każdym razem jestPrzejścia między dwiema elektrodami jest przesuwane nieco od środka koła.Przesuwając lekko cząsteczkę na zewnątrz, ścieżka, którą podąża podczas przyspieszenia, staje się raczej spiralą na zewnątrz, a nie okręgiem.Umożliwia to cząsteczce ostatecznie uderzenie obszaru docelowego na wewnętrznej stronie jednostki ograniczającej, gdzie można ją następnie przekierować w celu dalszego badania lub użycia.

Jedną z głównych wad cyklotronu jest to, że obszar docelowy można wykorzystać tylko do użycia docelowegocząsteczka przemieszczająca się z prędkościami, którą można odpowiednio obliczyć za pomocą fizyki Newtona.Wyższe prędkości spowodowałyby wystąpienie efektów relatywistycznych, a cel nie zostałby poprawnie uderzony, co oznacza, że cyklotron nie może zazwyczaj wytwarzać poziomów przyspieszenia, jakie mogą nowsze, liniowe akceleratory.Opracowano jednak cyklotry izochroniczne, które mogą kompensować relatywistyczne zmiany w cząsteczce i mogą być dość skuteczne.