Co je to cyklotron?
Cyclotron je typ akcelerátoru částic, který používá konstantní magnetické pole a střídavá elektrická pole k urychlení částice ve spirálovém pohybu. Tyto typy akcelerátorů částic byly mezi prvními navrhovanými a mají několik výhod oproti časným lineárním urychlovačům, jako jsou požadavky na menší velikost. Přestože pokroky v technologii umožňovaly složitější typy akcelerátorů částic, stále existuje určitá použití pro cyklotrony v řadě různých polí. Cyklotron může být stále používán při experimentování s fyzikou, zejména jako raná část vícestupňového akcelerátoru. Zrychlení částic obvykle vyžaduje poměrně velkou vzdálenost, aby se částice umožnily dostatečné rychlosti pro použití v experimentech. Konstrukce cyklotronu však umožňuje menší akcelerátorybýt použit k velkému účinku, protože částice se pohybuje kruhovým pohybem a cestuje velkou vzdáleností, aniž by vyžadovala dlouhou rovnou chodbu pro průchod.
Cyclotron v podstatě funguje pomocí dvojice vysoce výkonných elektrod, z nichž každá je tvarována jako „d“ s plochými stranami směrem k sobě, aby vytvořila úplný kruhový tvar. Počínaje středem kruhu se částice začne pohybovat od středu, ale pomocí přitažlivosti a odpuzování je místo toho vtažena do kruhového pohybu. Diody se střídají mezi nimi, takže částice je zrychlena směrem k jednomu, pak se zakřivuje kolem, jak je tlačena pryč a přitahuje k druhému, pak pokračuje v vzorci mezi oběma elektrodami. To by vytvořilo dokonalý kruhový pohyb, pokud by zůstal sám, ale mezi dvěma diodami, které je kolmé na kruhový pohyb částice, je vytvořeno magnetické pole.
Toto magnetické pole mírně posouvá pohyb částice, takže pokaždé, když projde mezi dvěma elektrodami, se trochu posune od středu kruhu. Mírným pohybem částice mírně směrem ven se cesta, kterou během zrychlení podniká, stává spíše rostoucí spirálou než kruhem. To umožňuje, aby částice nakonec zasáhla cílovou oblast na vnitřní straně jednotky zadržování, kde může být přesměrována pro další studium nebo použití.
Jednou z hlavních nevýhod cyklotronu je, že cílovou oblast lze použít pouze pro částice, která se pohybuje pouze rychlostí, která lze správně vypočítat pomocí newtonovské fyziky. Vyšší rychlosti by způsobily, že by došlo k relativistickým účinkům a cíl by nebyl správně zasažen, což znamená, že cyklotron obvykle nemůže produkovat úrovně zrychlení, které mohou novější, lineární akcelerátory. Byly však vyvinuty izochronní cyklotrony, které mohou kompenzovat relativistické změny částice a mohou být docela effective.