Kas ir ciklotrons?

Īsā atbilde

Ciklotrons ir daļiņu paātrinātāja veids, kas izmanto pastāvīgu magnētisko lauku un mainīgus elektriskos laukus, lai paātrinātu daļiņu spirālveida kustībā. Šāda veida daļiņu paātrinātāji bija vieni no pirmajiem izstrādātajiem, un tiem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar agrīnajiem lineārajiem paātrinātājiem, piemēram, mazāka izmēra prasības. Lai gan tehnoloģiju attīstība ir padarījusi iespējamus sarežģītākus daļiņu paātrinātāju veidus, ciklotronus joprojām var izmantot vairākās dažādās jomās. Ciklotronu joprojām var izmantot fizikas eksperimentos, jo īpaši kā daudzpakāpju paātrinātāja sākuma daļu.

1932. gadā izstrādātais ciklotrons ir daļiņu paātrinātājs, kas izmanto apļveida kustības, parasti pa āru augošā spirālē, lai paātrinātu daļiņas dažādiem lietojumiem. Daļiņu paātrināšanai parasti ir nepieciešams diezgan liels attālums, lai daļiņas sasniegtu pietiekamu ātrumu, lai tās izmantotu eksperimentos. Tomēr ciklotrona dizains ļauj efektīvi izmantot mazākus paātrinātājus, jo daļiņa pārvietojas apļveida kustībā un pārvietojas lielu attālumu, neprasot garu taisnu koridoru.

Ciklotrons pamatā darbojas, izmantojot pāris lieljaudas elektrodu, katrs ir veidots kā “D” ar plakanām malām viena pret otru, lai izveidotu pilnīgu apļveida formu. Sākot no apļa centra, daļiņa sāk attālināties no centra, bet, izmantojot pievilcību un atgrūšanu, tā tiek ievilkta apļveida kustībā. Diodes maina lādiņu starp tām, tādējādi daļiņa tiek paātrināta pret vienu, pēc tam izliekas apkārt, jo šī daļiņa tiek atstumta un pievilkta pret otru, pēc tam turpina modeli starp diviem elektrodiem. Tas radītu perfektu apļveida kustību, ja to atstātu atsevišķi, bet starp abām diodēm tiek izveidots magnētiskais lauks, kas ir perpendikulārs daļiņas apļveida kustībai.

Šis magnētiskais lauks nedaudz novirza daļiņas kustību, tāpēc katru reizi, kad tā iet starp diviem elektrodiem, tā tiek nedaudz attālināta no apļa centra. Nedaudz virzot daļiņu uz āru, ceļš, ko tā veic paātrinājuma laikā, kļūst par uz āru augošu spirāli, nevis apli. Tas ļauj daļiņai galu galā sasniegt mērķa apgabalu ierobežošanas vienības iekšpusē, kur to pēc tam var novirzīt tālākai izpētei vai lietošanai.

Viens no galvenajiem ciklotrona trūkumiem ir tas, ka mērķa apgabalu var izmantot tikai daļiņām, kas pārvietojas ar ātrumu, ko var pareizi aprēķināt, izmantojot Ņūtona fiziku. Lielāki ātrumi izraisītu relativistiskus efektus, un mērķis netiktu trāpīts pareizi, kas nozīmē, ka ciklotrons parasti nevar radīt tādus paātrinājuma līmeņus, kādus spēj jaunāki lineārie paātrinātāji. Tomēr ir izstrādāti izohroni ciklotroni, kas var kompensēt daļiņu relatīvās izmaiņas un var būt diezgan efektīvi.

Īsā atbilde

Saistītie jautājumi