Vad är en cyklotron?
En cyklotron är en typ av partikelaccelerator som använder ett konstant magnetfält och alternerande elektriska fält för att påskynda en partikel i en spiralrörelse. Dessa typer av partikelacceleratorer var bland de första utformade och har flera fördelar jämfört med tidiga linjära acceleratorer, såsom mindre storlekskrav. Medan teknikutvecklingen har gjort mer komplexa typer av partikelacceleratorer möjliga finns det fortfarande vissa användningar för cyklotroner i ett antal olika fält. En cyklotron kan fortfarande användas i fysiksexperiment, särskilt som en tidig del av en flerstegsaccelerator.
Utvecklad 1932 och en cyklotron är en partikelaccelerator som använder cirkulär rörelse, vanligtvis i en utåt växande spiral, för att påskynda partiklar för ett antal olika användningar. Partikelacceleration kräver vanligtvis ett ganska stort avstånd för att låta partiklarna komma till tillräcklig hastighet för användning i experiment. Utformningen av en cyklotron möjliggör emellertid att mindre acceleratorer kan användas med stor effekt, eftersom partikeln rör sig i en cirkulär rörelse och reser ett stort avstånd utan att behöva en lång rak korridor för passage.
En cyklotron fungerar i princip genom att använda ett par högdrivna elektroder, vardera formade som en "D" med de plana sidorna mot varandra, för att skapa en fullständig cirkulär form. Början i mitten av cirkeln, en partikel börjar röra sig bort från mitten, men genom att använda attraktion och avstötning dras den istället in i en cirkulär rörelse. Dioderna växlar laddning mellan dem så att partikeln accelereras mot den ena, böjs sedan runt när den skjuts bort av den ena och dras mot den andra och fortsätter sedan mönstret mellan de två elektroderna. Detta skulle skapa en perfekt cirkulär rörelse om den lämnas ensam, men ett magnetfält skapas mellan de två dioderna, som är vinkelrätt mot partikelns cirkulära rörelse.
Detta magnetfält förskjuter något partikelns rörelse, så varje gång det passerar mellan de två elektroderna flyttas det lite bort från mitten av cirkeln. Genom att flytta partikeln något utåt blir vägen den tar under acceleration en spiral som växer utåt snarare än en cirkel. Detta gör att partikeln så småningom kan träffa ett målområde på insidan av inneslutningsenheten, där den sedan kan omdirigeras för ytterligare studier eller användning.
En av de största nackdelarna med en cyklotron är att målområdet endast kan användas för en partikel som reser med hastigheter som kan beräknas korrekt med hjälp av Newtons fysik. Högre hastigheter skulle leda till att relativistiska effekter inträffar och målet skulle inte nås ordentligt, vilket innebär att en cyklotron vanligtvis inte kan producera de accelerationsnivåer som nyare, linjära acceleratorer kan. Isokrona cyklotroner har emellertid utvecklats som kan kompensera för relativistiska förändringar av partikeln och kan vara ganska effektiva.