Vad är en cyklotron?
En cyklotron är en typ av partikelaccelerator som använder ett konstant magnetfält och växlande elektriska fält för att påskynda en partikel i en spiralrörelse.Dessa typer av partikelacceleratorer var bland de första utformade och har flera fördelar jämfört med tidiga linjära acceleratorer, såsom mindre storlekskrav.Även om tekniska framsteg har gjort mer komplexa typer av partikelacceleratorer möjliga, finns det fortfarande vissa användningsområden för cyklotroner inom ett antal olika områden.En cyklotron kan fortfarande användas i fysikexperiment, särskilt som en tidig del av en flerstegsaccelerator.
Utvecklad 1932 är en cyklotron en partikelaccelerator som använder cirkulär rörelse, vanligtvis i en utåtväxande spiral, för att accelerera partiklar förett antal olika användningsområden.Partikelacceleration kräver vanligtvis ett ganska stort avstånd för att partiklarna kommer till tillräcklig hastighet för användning i experiment.Utformningen av en cyklotron gör det emellertid att mindre acceleratorer kan användas till stor effekt, eftersom partikeln rör sig i en cirkulär rörelse och reser ett stort avstånd utan att kräva en lång rak korridor för passage.
en cyklotron i princip fungerar genom att använda enPar av högdrivna elektroder, var och en formade som en "D" med de platta sidorna mot varandra, för att skapa en fullständig cirkulär form.Från början av cirkeln börjar en partikel röra sig från mitten, men genom att använda attraktion och avvisande dras den istället in i en cirkulär rörelse.Dioderna har alternativt laddning mellan dem så att partikeln accelereras mot den ena och böjs sedan när den skjuts bort av den ena och lockas mot den andra och fortsätter sedan mönstret mellan de två elektroderna.Detta skulle skapa en perfekt cirkulär rörelse om den lämnas ensam, men ett magnetfält skapas mellan de två dioderna, som är vinkelrätt mot partikelns cirkulära rörelse.
Detta magnetfält förskjuter något rörelsen hos partikeln, så varje gång den är denpasserar mellan de två elektroderna den flyttas lite bort från cirkelns centrum.Genom att flytta partikeln något utåt blir vägen den tar under accelerationen en yttre växande spiral snarare än en cirkel.Detta gör att partikeln så småningom kan slå ett målområde på insidan av inneslutningsenheten, där den sedan kan omdirigeras för ytterligare studier eller användning.
En av de viktigaste nackdelarna med en cyklotron är att målområdet endast kan användas förEn partikel som reser med hastigheter som kan beräknas korrekt med Newtonian fysik.Högre hastigheter skulle leda till att relativistiska effekter inträffar, och målet skulle inte slås ordentligt, vilket innebär att en cyklotron vanligtvis inte kan producera de accelerationsnivåer som nyare, linjära acceleratorer kan.Isokroniska cyklotroner har emellertid utvecklats som kan kompensera för relativistiska förändringar av partikeln och kan vara ganska effektiva.