O que é um ciclotron?

Um ciclotron 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 foram entre os primeiros criados e têm várias vantagens sobre os aceleradores lineares precoces, como requisitos de tamanho menores. Embora os avanços na tecnologia tenham possibilitado tipos mais complexos de aceleradores de partículas, ainda existem alguns usos para ciclotrons em vários campos diferentes. Um ciclotron ainda pode ser usado na experimentação da física, especialmente como parte inicial de um acelerador de vários estágios. A aceleração de partículas normalmente requer uma distância bastante grande para permitir que as partículas cheguem à velocidade suficiente para uso em experimentos. O design de um ciclotron, no entanto, permite aceleradores menoresPara ser usado com grande efeito, já que a partícula se move em um movimento circular e percorre uma grande distância sem exigir um corredor reto longo para passagem.

Um ciclotron funciona basicamente utilizando um par de eletrodos de alta potência, cada um em forma de "D" com os lados planos um para o 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, ela é puxada para um movimento circular. Os diodos alternam a carga entre eles para que a partícula seja acelerada em direção a uma, depois se curva ao redor, pois é afastada por uma e atraída para a outra, então 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 ligeiramente o movimento da partícula; portanto, cada vez que passa entre os dois eletrodos, é afastado um pouco do centro do círculo. Ao mover a partícula ligeiramente para fora, o caminho que ele segue durante a aceleração se torna uma espiral em crescimento externo, em vez de um círculo. Isso permite que a partícula atinja uma área -alvo no interior da unidade de contenção, onde pode ser redirecionada para estudos ou uso adicional.

Uma das principais desvantagens de um ciclotron é que a área de destino só pode ser usada para uma partícula que viaja em velocidades que podem ser calculadas adequadamente usando a física newtoniana. Velas mais altas causariam efeitos relativísticos e o alvo não seria atingido corretamente, o que significa que um ciclotron normalmente não pode produzir os níveis de aceleração que os aceleradores lineares mais novos podem. Ciclotrons isócrros foram desenvolvidos, no entanto, que podem compensar mudanças relativísticas na partícula e podem ser bastantective.