Hvad er en cyklotron?
En cyclotron er en type partikelaccelerator, der bruger et konstant magnetfelt og skiftende elektriske felter til at accelerere en partikel i en spiralbevægelse. Disse typer af partikelacceleratorer var blandt de første udtænkt og har adskillige fordele i forhold til tidlige lineære acceleratorer, såsom krav til mindre størrelse. Mens teknologiske fremskridt har gjort mere komplekse typer af partikelacceleratorer mulige, er der stadig nogle anvendelser til cyclotroner i en række forskellige felter. En cyclotron kan stadig bruges i fysikeksperimentering, især som en tidlig del af en flerstegs-accelerator.
Udviklet i 1932 er en cyclotron en partikelaccelerator, der bruger cirkulær bevægelse, typisk i en udadvoksende spiral, til at accelerere partikler til en række forskellige anvendelser. Partikelacceleration kræver typisk en ret stor afstand for at lade partiklerne komme til tilstrækkelig hastighed til brug i eksperimenter. Konstruktionen af en cyclotron muliggør imidlertid, at mindre acceleratorer kan bruges med stor virkning, da partiklen bevæger sig i en cirkulær bevægelse og bevæger sig i stor afstand uden at kræve en lang lige korridor for passage.
En cyclotron fungerer dybest set ved at bruge et par højdrevne elektroder, hver 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 skifter ladning mellem dem, så partiklen accelereres mod den ene, derefter krummer sig rundt, når den skubbes væk af den ene og tiltrækkes mod den anden, og fortsætter derefter mønsteret mellem de to elektroder. Dette ville skabe en perfekt cirkulær bevægelse, hvis den ikke er i fred, men der oprettes et magnetfelt mellem de to dioder, der er vinkelret på partikelens cirkulære bevægelse.
Dette magnetfelt forskyver bevægelsen af partiklen lidt, så hver gang den passerer mellem de to elektroder bevæges den lidt væk fra cirklens centrum. Ved at bevæge partiklen lidt udad, bliver stien, den tager under acceleration, en spiral, der vokser udad i stedet for en cirkel. Dette gør det muligt for partiklen til sidst at ramme et målområde på indersiden af indeslutningsenheden, hvor den derefter kan omdirigeres til yderligere 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 Newtonsk fysik. Højere hastigheder vil medføre, at relativistiske effekter forekommer, og målet ville ikke blive slået korrekt, hvilket betyder, at en cyclotron typisk ikke kan producere de accelerationsniveauer, som nyere, lineære acceleratorer kan. Der er imidlertid udviklet isokrone cyclotroner, der kan kompensere for relativistiske ændringer i partiklen og kan være ganske effektive.