AlegsaOnline.com

Циклотрон

Автор: Leandro Alegsa

21-02-2022

Циклотрон - это тип ускорителя частиц, изобретенный Эрнестом Лоуренсом из Калифорнийского университета в Беркли в 1930 году. Он ускоряет заряженные частицы, вращая их по кругу. Первые циклотроны были размером с ладонь. В некоторых современных циклотронах используется круг шириной с город.

Циклотроны используют перпендикулярное магнитное поле для изгибания электронов и частиц по полукруглой траектории под действием приложенного электрического поля. Приложенное электрическое поле ускоряет электроны между "D" электродами (также называемыми "ди") в области магнитного поля.

Ускоряющее электрическое поле изменяет направление как раз в тот момент, когда электроны завершают свой полукруг, так что оно ускоряет их движение через зазор. С большей скоростью они движутся по большему полукругу. Повторив этот процесс несколько раз, они выходят из выходного отверстия с большой скоростью.

Современный циклотрон для лучевой терапии

Циклотронная частота

Движущийся заряд в циклотроне будет двигаться по круговой траектории под действием постоянного магнитного поля. Если рассчитать время прохождения одной орбиты:

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

Установлено, что период не зависит от радиуса. Поэтому если применить квадратную волну с угловой частотой qB/m, заряд будет вращаться по спирали наружу, увеличивая скорость.

Когда между двумя сторонами магнитных полюсов подается квадратная волна угловой частоты ω=qB/m, заряд снова увеличивается в нужное время, чтобы ускорить его через зазор. Таким образом, постоянная циклотронная частота может продолжать ускорять заряд (до тех пор, пока он не станет релятивистским).

Вопросы и ответы

В: Что такое циклотрон?

О: Циклотрон - это тип ускорителя частиц, который ускоряет заряженные частицы, вращая их по кругу.

В: Кто изобрел циклотрон?

О: Эрнест Лоуренс из Калифорнийского университета в Беркли изобрел циклотрон в 1930 году.

В: Как работает циклотрон?

О: Циклотроны используют перпендикулярное магнитное поле, чтобы согнуть электроны и частицы в полукруглую траекторию при помощи приложенного электрического поля. Приложенное электрическое поле ускоряет электроны между "D" электродами (также называемыми "ди") области магнитного поля. Ускоряющее электрическое поле изменяет направление как раз в тот момент, когда электроны заканчивают свой полукруг, так что оно ускоряет их через зазор. С большей скоростью они движутся по большему полукругу. Повторив этот процесс несколько раз, они выходят из выходного отверстия с большой скоростью.

В: Каков размер ранних циклотронов?

О: Ранние циклотроны были размером с ладонь.

В: Каковы размеры современных циркулярных ускорителей?

О: В некоторых современных круговых ускорителях используется круг шириной с город.

В: Какой тип поля используется в циклотронах?

О: В циклотронах используется перпендикулярное магнитное поле для изгибания электронов и частиц по полукруглой траектории приложенным электрическим полем.

В: Как ускоряются электроны в циклотроне?

О: Электроны ускоряются между "D" электродами (также называемыми "ди") области магнитного поля приложенным электрическим полем.