Was ist ein Zyklotron?
Ein Zyklotron ist eine Art Partikelbeschleuniger, der ein konstantes Magnetfeld und alternierende elektrische Felder verwendet, um ein Partikel in einer Spiralbewegung zu beschleunigen. Diese Arten von Partikelbeschleunigern gehörten zu den Ersten und haben mehrere Vorteile gegenüber frühen linearen Beschleunigern, wie z. B. kleinere Anforderungen an die Größe. Während Fortschritte in der Technologie komplexere Arten von Partikelbeschleunigern ermöglicht haben, gibt es in verschiedenen Feldern immer noch einige Verwendungszwecke für Zyklotronen. Ein Zyklotron kann weiterhin im Physikversuche verwendet werden, insbesondere als früher Teil eines mehrstufigen Beschleunigers. Die Partikelbeschleunigung erfordert typischerweise einen ziemlich hohen Abstand, damit die Partikel für die Verwendung in Experimenten zu ausreichender Geschwindigkeit kommen können. Das Design eines Zyklotrons ermöglicht jedoch kleinere Beschleunigerzu großer Wirkung verwendet werden, da sich das Partikel in einer kreisförmigen Bewegung bewegt und einen großen Abstand bewegt, ohne einen langen geraden Korridor für den Durchgang zu erfordern.
Ein Zyklotron funktioniert im Grunde genommen, indem ein Paar hochwertige Elektroden verwendet wird, die jeweils wie ein „D“ mit den flachen Seiten zueinander geformt sind, um eine vollständige kreisförmige Form zu erzeugen. An der Mitte des Kreises beginnt sich ein Teilchen von der Mitte zu entfernen, aber durch Anziehung und Abstoßung wird es stattdessen in eine kreisförmige Bewegung gezogen. Die Dioden wechseln sich wechselndes Ladung zwischen ihnen, so dass das Partikel in Richtung eines beschleunigt wird, dann krümmt sich dann, wie es von diesem weggeschoben und zum anderen angezogen wird, und setzt dann das Muster zwischen den beiden Elektroden fort. Dies würde eine perfekte kreisförmige Bewegung erzeugen, wenn sie in Ruhe gelassen wird, aber zwischen den beiden Dioden wird ein Magnetfeld erzeugt, was senkrecht zur kreisförmigen Bewegung des Partikels ist.
Dieses Magnetfeld verschiebt die Bewegung des Partikels leicht, sodass es jedes Mal zwischen den beiden Elektroden fließt, wird es etwas von der Mitte des Kreises entfernt. Durch die leicht nach außen gerichtete Partikel wird der Weg, den es während der Beschleunigung eingeht, eher zu einer äußeren wachsenden Spirale als zu einem Kreis. Dies ermöglicht es dem Teilchen, schließlich einen Zielbereich auf der Innenseite der Containment -Einheit zu treffen, wo es dann für weitere Untersuchungen oder Verwendung umgeleitet werden kann.
Eine der Hauptnachteile eines Zyklotrons ist, dass der Zielbereich nur für ein Teilchen verwendet werden kann, das mit Geschwindigkeiten fährt, die mithilfe der Newtonschen Physik ordnungsgemäß berechnet werden können. Höhere Geschwindigkeiten würden dazu führen, dass relativistische Effekte auftreten, und das Ziel würde nicht richtig getroffen, was bedeutet, dass ein Zyklotron in der Regel nicht die Beschleunigungsniveaus erzeugen kann, die neuere lineare Beschleuniger können. Es wurden jedoch isochrone Zyklotronen entwickelt, die relativistische Veränderungen des Teilchens auskompensieren und ziemlich effe sein könnenctive.