O que é um ciclotrão?
Um ciclotrão é um tipo de acelerador de partículas que usa um campo magnético constante e campos elétricos alternados para acelerar uma partícula em um movimento em espiral. Esses tipos de aceleradores de partículas estavam entre os primeiros criados e têm várias vantagens sobre os primeiros aceleradores lineares, como requisitos de tamanho menor. Embora os avanços tecnológicos tenham possibilitado tipos mais complexos de aceleradores de partículas, ainda existem alguns usos para ciclotrons em vários campos diferentes. Um ciclotrão ainda pode ser usado em experimentos de física, especialmente como parte inicial de um acelerador de vários estágios.
Desenvolvido em 1932, um ciclotrão é um acelerador de partículas que usa movimento circular, normalmente em uma espiral externa crescente, para acelerar partículas para vários usos diferentes. A aceleração de partículas normalmente requer uma distância bastante grande para permitir que as partículas atinjam velocidade suficiente para uso em experimentos. O design de um ciclotrão, no entanto, permite que aceleradores menores sejam usados com grande efeito, pois a partícula se move em um movimento circular e percorre uma grande distância sem exigir um longo corredor reto para a passagem.
Um ciclotrão basicamente funciona utilizando um par de eletrodos de alta potência, cada um com a forma de um "D" com os lados planos um em direção ao outro, para criar uma forma circular completa. Começando no centro do círculo, uma partícula começa a se afastar do centro, mas, usando atração e repulsão, é puxada para um movimento circular. Os diodos alternam a carga entre eles, de modo que a partícula é acelerada em direção a um, depois se curva à medida que é empurrada por um e atraída em direção ao outro, e continua o padrão entre os dois eletrodos. Isso criaria um movimento circular perfeito se deixado sozinho, mas um campo magnético é criado entre os dois diodos, que é perpendicular ao movimento circular da partícula.
Esse campo magnético muda levemente o movimento da partícula; portanto, toda vez que ela passa entre os dois eletrodos, é afastada um pouco do centro do círculo. Ao mover a partícula levemente para fora, o caminho percorrido durante a aceleração se torna uma espiral crescente externa, e não um círculo. Isso permite que a partícula atinja uma área-alvo no interior da unidade de contenção, onde pode ser redirecionada para estudo ou uso adicional.
Uma das principais desvantagens de um ciclotrão é que a área alvo só pode ser usada para partículas partindo em velocidades que podem ser calculadas adequadamente usando a física newtoniana. Velocidades mais altas causariam efeitos relativísticos, e o alvo não seria atingido adequadamente, o que significa que um ciclotrão não pode normalmente produzir os níveis de aceleração que os aceleradores lineares mais novos conseguem. Os ciclotrons isócronos foram desenvolvidos, no entanto, que podem compensar mudanças relativísticas na partícula e podem ser bastante eficazes.