Hva er en syklotron?
En syklotron er en type partikkelakselerator som bruker et konstant magnetfelt og vekslende elektriske felt for å akselerere en partikkel i en spiralbevegelse. Disse typer partikkelakseleratorer var blant de første som ble utviklet og har flere fordeler i forhold til tidlige lineære akseleratorer, for eksempel krav til mindre størrelse. Selv om teknologiske fremskritt har gjort mer komplekse typer partikkelakseleratorer mulig, er det fortsatt noe bruk for syklotroner i en rekke forskjellige felt. En syklotron kan fremdeles brukes i fysikkeksperimentering, spesielt som en tidlig del av en flerstegsakselerator.
En syklotron ble utviklet i 1932 og er en partikkelakselerator som bruker sirkulær bevegelse, typisk i en utadvoksende spiral, for å akselerere partikler til en rekke forskjellige bruksområder. Partikkelakselerasjon krever typisk en ganske stor avstand for å la partiklene komme til tilstrekkelig hastighet for bruk i eksperimenter. Utformingen av en syklotron gjør det imidlertid mulig å bruke mindre akseleratorer med stor effekt, siden partikkelen beveger seg i en sirkulær bevegelse og kjører en stor avstand uten å kreve en lang, rett korridor for passering.
En syklotron fungerer i utgangspunktet ved å bruke et par høydrevne elektroder, hver formet som en "D" med de flate sidene mot hverandre, for å skape en fullstendig sirkulær form. Fra midten av sirkelen begynner en partikkel å bevege seg bort fra sentrum, men ved å bruke tiltrekning og frastøtning, dras den i stedet inn i en sirkulær bevegelse. Dioden veksler ladning mellom dem slik at partikkelen blir akselerert mot den ene, og deretter krummer seg mens den skyves bort av den ene og tiltrekkes mot den andre, og fortsetter deretter mønsteret mellom de to elektrodene. Dette ville skape en perfekt sirkulær bevegelse hvis den er i fred, men et magnetisk felt skapes mellom de to dioder, som er vinkelrett på sirkulære bevegelsen til partikkelen.
Dette magnetfeltet forskyver litt bevegelsen til partikkelen, så hver gang den går mellom de to elektrodene blir den flyttet litt bort fra sentrum av sirkelen. Ved å bevege partikkelen litt utover, blir banen den tar under akselerasjon en spiral som vokser utover i stedet for en sirkel. Dette gjør at partikkelen til slutt kan slå et målområde på innsiden av inneslutningsenheten, hvor den deretter kan omdirigeres for videre studier eller bruk.
En av de største ulempene ved en syklotron er at målområdet bare kan brukes til en partikkel som beveger seg med hastigheter som kan beregnes riktig ved bruk av Newtonsk fysikk. Høyere hastigheter vil føre til at relativistiske effekter skulle oppstå, og målet ville ikke blitt nådd riktig, noe som betyr at en syklotron ikke typisk kan produsere akselerasjonsnivåene som nyere, lineære akseleratorer kan. Isokrone syklotroner er imidlertid utviklet som kan kompensere for relativistiske endringer i partikkelen, og kan være ganske effektive.