Bir Cyclotron Nedir?

Bir siklotron, bir spiral hareketi içindeki bir parçacığı hızlandırmak için sabit bir manyetik alan ve alternatif elektrik alanları kullanan bir tür parçacık hızlandırıcısıdır. Bu tip parçacık hızlandırıcıları ilk tasarlananlar arasındaydı ve daha küçük boyut gereksinimleri gibi erken lineer hızlandırıcılara göre birkaç avantaja sahipler. Teknolojideki ilerlemeler daha karmaşık tipte parçacık hızlandırıcıları mümkün kılarken, yine de birçok farklı alanda siklotronların bazı kullanımları vardır. Bir siklotron, fizik deneyinde, özellikle çok aşamalı bir hızlandırıcının erken bir parçası olarak hala kullanılabilir.

1932'de geliştirilen bir siklotron, bir dizi farklı kullanım için parçacıkları hızlandırmak için tipik olarak dışa doğru büyüyen bir spiralde dairesel hareket kullanan bir parçacık hızlandırıcıdır. Parçacık hızlandırma tipik olarak parçacıkların deneylerde kullanım için yeterli hıza gelmesini sağlamak için oldukça büyük bir mesafe gerektirir. Bununla birlikte, bir siklotronun tasarımı, parçacıkların dairesel bir hareketle hareket ettiği ve geçiş için uzun bir düz koridor gerektirmeden büyük bir mesafe kat ettiği için daha küçük hızlandırıcıların mükemmel bir şekilde kullanılmasına izin verir.

Bir siklotron temel olarak, tam bir dairesel şekil oluşturmak için her biri "D" biçiminde olan ve her biri düz tarafları birbirine dönük olan bir çift yüksek güçlü elektrot kullanarak çalışır. Dairenin ortasından başlayarak, bir parçacık merkezden uzaklaşmaya başlar, ancak çekim ve itme kullanarak, bunun yerine dairesel bir hareket içine çekilir. Diyotlar, aralarında partikülün birine doğru hızlandırılması, ardından birinden itildiği ve diğerine doğru çekildiği zaman etrafında kıvrıldığı, sonra da iki elektrot arasındaki kalıbı devam ettirdiği zaman aralarında alternatif yük oluşturur. Bu, yalnız bırakıldığında mükemmel bir dairesel hareket yaratacaktır, ancak iki diyot arasında partikülün dairesel hareketine dik olan manyetik bir alan oluşturulur.

Bu manyetik alan parçacığın hareketini hafifçe kaydırır, böylece iki elektrot arasında her geçtiğinde çemberin merkezinden biraz uzağa hareket eder. Parçacık hafifçe dışarı doğru hareket ettirilerek, ivme sırasında izlediği yol bir daire yerine dışarı doğru büyüyen bir spiral haline gelir. Bu, partikülün nihayetinde daha sonra tekrar çalışmak veya kullanmak için yönlendirilebileceği, muhafaza ünitesinin içindeki bir hedef bölgeye çarpmasını sağlar.

Bir siklotronun en büyük dezavantajlarından biri, hedef alanın yalnızca Newton fiziği kullanılarak uygun bir şekilde hesaplanabilen hızlarda hareket eden bir parçacık için kullanılabileceğidir. Daha yüksek hızlar göreceli etkilerin ortaya çıkmasına neden olacak ve hedef uygun şekilde vurulmayacaktır, yani bir siklotron tipik olarak daha yeni, doğrusal hızlandırıcıların yapabileceği hızlanma seviyelerini üretemez. Bununla birlikte, partikülde göreceli değişiklikleri telafi edebilen ve oldukça etkili olabilen eşzamanlı siklotronlar geliştirilmiştir.