Циклотрон
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}}} 
.
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.
