Wat is een cyclotron?

Een cyclotron is een type deeltjesversneller dat een constant magnetisch veld gebruikt en afwisselend elektrische velden om een ​​deeltje in een spiraalvormige beweging te versnellen. Deze soorten deeltjesversnellers behoorden tot de eerste bedacht en hebben verschillende voordelen ten opzichte van vroege lineaire versnellers, zoals kleinere vereisten. Hoewel de technologische vooruitgang complexere soorten deeltjesversnellers mogelijk heeft gemaakt, zijn er nog steeds enkele toepassingen voor cyclotrons in een aantal verschillende velden. Een cyclotron kan nog steeds worden gebruikt in de fysica-experimenten, vooral als een vroeg deel van een multi-fasen versneller.

ontwikkeld in 1932 is een cyclotron een deeltjesversneller die circulaire beweging gebruikt, typisch in een uiterlijke groeiende spiraal, om deeltjes te versnellen voor een aantal verschillende toepassingen. Deeltjesversnelling vereist meestal een vrij grote afstand om de deeltjes voldoende snelheid te laten komen voor gebruik in experimenten. Het ontwerp van een cyclotron zorgt echter voor kleinere versnellersOm te worden gebruikt met een groot effect, omdat het deeltje in een cirkelvormige beweging beweegt en een grote afstand reist zonder een lange rechte gang voor doorgang te vereisen.

Een cyclotron werkt in principe door een paar krachtige elektroden te gebruiken, die elk de vorm hebben van een "D" met de platte zijden naar elkaar, om een ​​complete cirkelvormige vorm te creëren. Beginnend in het midden van de cirkel begint een deeltje weg te gaan van het midden, maar door het gebruik van aantrekkingskracht en afstoting wordt het in plaats daarvan in een cirkelvormige beweging getrokken. De diodes wisselen de lading tussen hen af, zodat het deeltje naar één wordt versneld, en vervolgens rondloopt terwijl het door die de ene wordt weggeduwd en naar de andere wordt aangetrokken, gaat vervolgens het patroon tussen de twee elektroden voort. Dit zou een perfecte cirkelvormige beweging creëren als het met rust wordt gelaten, maar een magnetisch veld wordt gecreëerd tussen de twee diodes, die loodrecht staat op de cirkelvormige beweging van het deeltje.

Dit magnetische veld verschuift enigszins de beweging van het deeltje, dus elke keer dat het tussen de twee elektroden gaat, wordt het een beetje weg van het midden van de cirkel verplaatst. Door het deeltje iets naar buiten te bewegen, wordt het pad dat het tijdens versnelling neemt een uiterlijke groeiende spiraal in plaats van een cirkel. Hierdoor kan het deeltje uiteindelijk een doelgebied raken aan de binnenkant van de insluitingseenheid, waar het vervolgens kan worden omgeleid voor verder onderzoek of gebruik.

Een van de belangrijkste nadelen van een cyclotron is dat het doelgebied alleen kan worden gebruikt voor een deeltje die reist met snelheden die correct kunnen worden berekend met behulp van Newtoniaanse fysica. Hogere snelheden zouden ervoor zorgen dat relativistische effecten optreden en het doel zou niet goed worden geslagen, wat betekent dat een cyclotron meestal niet de niveaus van versnelling produceert die nieuwere, lineaire versnellers kunnen. Isochrone cyclotrons zijn echter ontwikkeld die relativistische veranderingen in het deeltje kunnen compenseren en kunnen behoorlijk effe zijnctive.