Ciclotron

Autor: Leandro Alegsa

21-02-2022

Ciclotronul este un tip de accelerator de particule inventat de Ernest Lawrence de la Universitatea din California, Berkeley, în 1930. Acesta accelerează particule încărcate prin rotirea lor într-un cerc. Primele ciclotroane erau de mărimea unei mâini. Unele acceleratoare circulare moderne folosesc un cerc la fel de larg ca un oraș.

Ciclotronii utilizează un câmp magnetic perpendicular pentru a curba electronii și particulele pe o traiectorie semicirculară prin intermediul unui câmp electric aplicat. Câmpul electric aplicat accelerează electronii între electrozii "D" (numiți și "dees") din regiunea câmpului magnetic.

Câmpul electric de accelerare se inversează exact în momentul în care electronii termină jumătatea de cerc, astfel încât îi accelerează peste distanța de separare. Cu o viteză mai mare, ei se deplasează într-un semicerc mai mare. După ce repetă acest proces de mai multe ori, ei ies prin portul de ieșire cu o viteză mare.

Frecvența ciclotronului

O sarcină în mișcare într-un ciclotron se va deplasa pe o traiectorie circulară sub influența unui câmp magnetic constant. Dacă se calculează timpul necesar pentru parcurgerea unei orbite:

T = π 2r v = π2 m v q B v = π 2m q B {\displaystyle T={{\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}}}{\frac {2\pi m}{qB}}} $T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}$ .

Se constată că perioada este independentă de rază. Prin urmare, dacă se aplică o undă pătrată cu frecvența unghiulară qB/m, sarcina va spirala spre exterior, crescând în viteză.

Atunci când o undă pătrată cu frecvența unghiulară ω=qB/m este aplicată între cele două părți ale polilor magnetici, sarcina va fi din nou stimulată la momentul potrivit pentru a o accelera peste întrefier. Astfel, frecvența constantă a ciclotronului poate continua să accelereze sarcina (atât timp cât nu este relativistă).

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este un ciclotron?

R: Un ciclotron este un tip de accelerator de particule care accelerează particule încărcate prin rotirea lor într-un cerc.

Î: Cine a inventat ciclotronul?

R: Ernest Lawrence, de la Universitatea din California, Berkeley, a inventat ciclotronul în 1930.

Î: Cum funcționează un ciclotron?

R: Ciclotronii utilizează un câmp magnetic perpendicular pentru a curba electronii și particulele pe o traiectorie semicirculară prin intermediul unui câmp electric aplicat. Câmpul electric aplicat accelerează electronii între electrozii "D" (numiți și "dees") din regiunea câmpului magnetic. Câmpul electric de accelerare se inversează exact în momentul în care electronii își termină semicercul, astfel încât îi accelerează peste întrefier. Cu o viteză mai mare, ei se deplasează într-un semicerc mai mare. După ce repetă acest proces de mai multe ori, ei ies prin portul de ieșire cu o viteză mare.

Î: Care este dimensiunea ciclotronilor timpurii?

R: Primii ciclotroni erau de mărimea unei mâini.

Î: Cât de mari sunt acceleratoarele circulare moderne?

R: Unele acceleratoare circulare moderne folosesc un cerc la fel de lat ca un oraș.

Î: Ce fel de câmp este utilizat în ciclotroni?

R: Ciclotronii utilizează un câmp magnetic perpendicular pentru a curba electronii și particulele pe o traiectorie semicirculară printr-un câmp electric aplicat.

Î: Cum sunt accelerați electronii într-un ciclotron?

R: Electronii sunt accelerați între electrozii "D" (numiți și "dees") din regiunea de câmp magnetic printr-un câmp electric aplicat.