Cyklotron
En cyklotron är en typ av partikelaccelerator som uppfanns av Ernest Lawrence vid University of California, Berkeley 1930. Den accelererar laddade partiklar genom att virvla dem i en cirkel. De första cyklotronerna var lika stora som en hand. Vissa moderna cirkulära acceleratorer använder en cirkel som är lika stor som en stad.
Cyklotroner använder ett vinkelrätt magnetfält för att böja elektroner och partiklar i en halvcirkelform med hjälp av ett elektriskt fält. Det elektriska fältet påskyndar elektronerna mellan D-elektroderna (även kallade "dees") i magnetfältet.
Det accelererande elektriska fältet vänder om precis när elektronerna avslutar sin halvcirkel, så att det accelererar dem över klyftan. Med högre hastighet rör de sig i en större halvcirkel. Efter att ha upprepat denna process flera gånger kommer de ut genom utgångsporten med hög hastighet.
En modern cyklotron för strålbehandling
Cyklotronfrekvens
En laddning i rörelse i en cyklotron kommer att röra sig i en cirkulär bana under påverkan av ett konstant magnetfält. Om tiden för att fullfölja en omloppsbana beräknas:
T = π 2r v = π 2m v q B v = π 2m q B {\displaystyle T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}}
.
Man finner att perioden är oberoende av radien. Om en fyrkantsvåg appliceras med en vinkelfrekvens qB/m kommer laddningen därför att spiralformas utåt och öka i hastighet.
När en fyrkantsvåg med vinkelfrekvensen ω=qB/m appliceras mellan de magnetiska polerna på båda sidor, kommer laddningen att öka igen vid precis rätt tidpunkt för att accelerera den över klyftan. Den konstanta cyklotronfrekvensen kan alltså fortsätta att accelerera laddningen (så länge den inte är relativistisk).
Frågor och svar
F: Vad är en cyklotron?
S: En cyklotron är en typ av partikelaccelerator som accelererar laddade partiklar genom att virvla dem i en cirkel.
F: Vem uppfann cyklotronen?
Svar: Ernest Lawrence från University of California, Berkeley, uppfann cyklotronen 1930.
F: Hur fungerar en cyklotron?
S: Cyklotroner använder ett vinkelrätt magnetfält för att böja elektroner och partiklar i en halvcirkelform med hjälp av ett elektriskt fält. Det elektriska fältet accelererar elektroner mellan D-elektroderna (även kallade "dees") i magnetfältet. Det accelererande elektriska fältet vänder om precis när elektronerna avslutar sin halvcirkel, så att det accelererar dem över gapet. Med högre hastighet rör de sig i en större halvcirkel. Efter att ha upprepat denna process flera gånger kommer de ut ur utloppsporten med hög hastighet.
F: Vad är storleken på tidiga cyklotroner?
S: De tidiga cyklotronerna var lika stora som en hand.
F: Hur stora är moderna cirkulära acceleratorer?
S: Vissa moderna cirkulära acceleratorer använder en cirkel som är lika bred som en stad.
F: Vilken typ av fält används i cyklotroner?
S: Cyklotroner använder ett vinkelrätt magnetfält för att böja elektroner och partiklar i en halvcirkelform med hjälp av ett elektriskt fält.
F: Hur accelereras elektroner i en cyklotron?
S: Elektroner accelereras mellan D-elektroderna (även kallade "dees") i magnetfältsområdet genom ett elektriskt fält.
