サイクロトロンとは？

サイクロトロンは、一定の磁場と交流電場を使用して粒子を螺旋運動で加速する粒子加速器の一種です。 これらのタイプの粒子加速器は最初に考案されたものの1つであり、サイズ要件が小さいなど、初期の線形加速器に比べていくつかの利点があります。 技術の進歩により、より複雑なタイプの粒子加速器が可能になりましたが、多くの異なる分野でサイクロトロンの用途がまだいくつかあります。 サイクロトロンは、特に多段加速器の初期部分として、物理実験で使用できます。

1932年に開発されたサイクロトロンは、通常は外向きに成長するらせん状の円運動を使用して、さまざまな用途で粒子を加速する粒子加速器です。 通常、粒子の加速には、実験で使用するのに十分な速度に粒子を到達させるために、かなり長い距離が必要です。 ただし、サイクロトロンの設計では、粒子が円運動で移動し、通過に長い直線通路を必要とせずに長い距離を移動するため、小さな加速器を使用して大きな効果を得ることができます。

サイクロトロンは基本的に、一対の高出力電極を使用して動作します。各電極は、「D」のような形をしており、平らな側面が互いに向かい合って、完全な円形を形成します。 円の中心から始まって、粒子は中心から離れ始めますが、引力と反発力を使用することで、代わりに円運動に引っ張られます。 ダイオードはそれらの間で電荷を交互にするため、粒子は一方に向かって加速され、一方に押し出されて他方に引き寄せられると曲がり、2つの電極間でパターンを継続します。 これは放っておけば完全な円運動を作成しますが、粒子の円運動に垂直な磁場が2つのダイオード間に作成されます。

この磁場は粒子の動きをわずかにシフトするため、2つの電極間を通過するたびに、円の中心から少し離れて移動します。 パーティクルをわずかに外側に移動させることにより、加速中にかかる経路は、円ではなく外側に向かって成長する螺旋になります。 これにより、パーティクルは収容ユニットの内側のターゲット領域に最終的に衝突し、そこでさらなる研究や使用のためにリダイレクトできます。

サイクロトロンの主な欠点の1つは、ターゲット領域が、ニュートン物理学を使用して適切に計算できる速度で移動する粒子にしか使用できないことです。 高速になると相対論的効果が発生し、ターゲットが適切に攻撃されません。つまり、サイクロトロンは通常、新しい線形加速器が可能な加速レベルを生成できません。 しかし、粒子への相対論的変化を補償することができ、非常に効果的なアイソクロナスサイクロトロンが開発されました。