Hvad er en cyclotron?
En cyclotron er en type partikelaccelerator, der bruger et konstant magnetfelt og skiftevis elektriske felter til at fremskynde en partikel i en spiralbevægelse. Disse typer partikelacceleratorer var blandt de første udtænkte og har adskillige fordele i forhold til tidlige lineære acceleratorer, såsom krav til mindre størrelser. Mens fremskridt inden for teknologi har gjort mere komplekse typer af partikelacceleratorer mulige, er der stadig nogle anvendelser til cyclotroner på en række forskellige felter. En cyclotron kan stadig bruges i fysikeksperimentering, især som en tidlig del af en multi-trins accelerator.
udviklet i 1932, er en cyclotron en partikelaccelerator, der bruger cirkulær bevægelse, typisk i en udadgående voksende spiral, for at fremskynde partikler til en række forskellige anvendelser. Partikelacceleration kræver typisk en stort afstand for at lade partiklerne komme til tilstrækkelig hastighed til brug i eksperimenter. Designet af en cyclotron muliggør imidlertid mindre acceleratorerAt blive brugt til stor effekt, da partiklen bevæger sig i en cirkulær bevægelse og rejser en stor afstand uden at kræve en lang lige korridor til passage.
En cyclotron fungerer dybest set ved at bruge et par højdrevne elektroder, der hver er formet som en "D" med de flade sider mod hinanden, for at skabe en komplet cirkulær form. Fra midten af cirklen begynder en partikel at bevæge sig væk fra midten, men ved at bruge tiltrækning og frastødning trækkes den i stedet ind i en cirkulær bevægelse. Dioderne alternative ladninger mellem dem, så partiklen accelereres mod den ene, derefter kurver rundt, når den skubbes væk af den ene og tiltrækkes mod den anden, fortsætter derefter mønsteret mellem de to elektroder. Dette ville skabe en perfekt cirkulær bevægelse, hvis det er alene, men der skabes et magnetfelt mellem de to dioder, som er vinkelret på partikelens cirkulære bevægelse.
Dette magnetfelt forskyder lidt partikelens bevægelse, så hver gang den passerer mellem de to elektroder, flyttes det lidt væk fra midten af cirklen. Ved at bevæge partiklen lidt udad bliver den sti, den tager under acceleration, en udad voksende spiral snarere end en cirkel. Dette gør det muligt for partiklen til sidst at slå et målområde på indersiden af indeslutningsenheden, hvor den derefter kan omdirigeres til videre undersøgelse eller anvendelse.
En af de største ulemper ved en cyclotron er, at målområdet kun kan bruges til en partikel, der kører med hastigheder, der kan beregnes korrekt ved hjælp af Newtonian Physics. Højere hastigheder ville medføre, at relativistiske effekter forekommer, og målet vil ikke blive ramt korrekt, hvilket betyder, at en cyclotron ikke typisk kan producere de accelerationsniveauer, som nyere, lineære acceleratorer kan. Isochronous cyclotroner er imidlertid blevet udvikletctive.