Циклотрон

Циклотронът е вид ускорител на частици, изобретен от Ърнест Лоурънс от Калифорнийския университет в Бъркли през 1930 г. Той ускорява заредени частици, като ги върти в кръг. Първите циклотрони са били с размерите на ръка. Някои съвременни циклотронни ускорители използват кръг, широк колкото град.

Циклотроните използват перпендикулярно магнитно поле за огъване на електрони и частици по полукръгла траектория чрез приложено електрическо поле. Приложеното електрическо поле ускорява електроните между електродите "D" (наричани още "dees") на областта на магнитното поле.

Ускоряващото електрическо поле се обръща точно в момента, в който електроните завършват своята полукръгова обиколка, така че да ги ускори през пролуката. С по-висока скорост те се движат в по-голям полукръг. След като повторят този процес няколко пъти, те излизат от изходния отвор с висока скорост.

Модерен циклотрон за лъчетерапияZoom
Модерен циклотрон за лъчетерапия

Честота на циклотрона

Движещ се заряд в циклотрон ще се движи по кръгова траектория под въздействието на постоянно магнитно поле. Ако се изчисли времето за завършване на една обиколка:

T = π 2r v = π2 m v q B v = π2 m q B {\displaystyle T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}}{\displaystyle T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}} .

Установено е, че периодът не зависи от радиуса. Следователно, ако се приложи квадратна вълна с ъглова честота qB/m, зарядът ще се върти спираловидно навън, увеличавайки скоростта си.

Когато между двете страни на магнитните полюси се подаде квадратна вълна с ъглова честота ω=qB/m, зарядът отново ще бъде подсилен в точното време, за да се ускори през пролуката. По този начин постоянната циклотронна честота може да продължи да ускорява заряда (стига той да не е релативистки).

Въпроси и отговори

В: Какво представлява циклотронът?


О: Циклотронът е вид ускорител на частици, който ускорява заредени частици, като ги върти в кръг.

В: Кой е изобретил циклотрона?


О: Ърнест Лоурънс от Калифорнийския университет в Бъркли изобретява циклотрона през 1930 г.

В: Как работи циклотронът?


О: Циклотроните използват перпендикулярно магнитно поле за огъване на електрони и частици по полукръгла траектория чрез приложено електрическо поле. Приложеното електрическо поле ускорява електроните между електродите "D" (наричани още "dees") на областта на магнитното поле. Ускоряващото електрическо поле се обръща точно в момента, в който електроните завършват своя полукръг, така че да ги ускори през празнината. С по-висока скорост те се движат в по-голям полукръг. След като повторят този процес няколко пъти, те излизат от изходния отвор с висока скорост.

Въпрос: Какъв е размерът на ранните циклотрони?


О: Ранните циклотрони са били с размерите на ръка.

В: Колко големи са съвременните кръгови ускорители?


О: Някои съвременни кръгови ускорители използват кръг, широк колкото град.

В: Какъв вид поле се използва в циклотроните?


О: Циклотроните използват перпендикулярно магнитно поле за огъване на електрони и частици по полукръгла траектория чрез приложено електрическо поле.

В: Как се ускоряват електроните в циклотрона?


О: Електроните се ускоряват между електродите "D" (наричани още "dees") в областта на магнитното поле чрез приложено електрическо поле.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3