Ciclotronul-Fizica

Ciclotronul este un tip de accelerator de particule.

Deoarece particulele se deplasează pe o traiectorie în formă de spirală, ciclotronul este un model de accelerator intermediar între acceleratorul linear și cel circular.

Ciclotronul nu poate accelera particule la viteze apropiate de cea a luminii. Din acest motiv, a fost înlocuit de betatron și desincrotron.

Efectul relativistic care limitează utilitatea ciclotronului este mai puțin important pentru particule cu masa de repaus ridicată. Ciclotroane continuă să fie utilizate pentru accelerarea ionilor "grei" în scopuri terapeutice și ca surse de particule pentru cercetarea de fizică nucleară. Cel mai mare ciclotron are un diametru de 18 metri și se află la Universitatea British Columbia în Canada.

Ciclotronul a fost inventat în 1929 de Ernest Lawrence la Universitatea California (Berkeley). Primul dispozitiv funcțional a accelerat protoni în 1931 la o energie maximă de 1 MeV (un milion de electronvolți).

Într-un câmp magnetic constant, asupra unei particule cu sarcină electrică  și masa  acționează o forță perpendiculară pe planul definit de vectorii viteză și câmp. Dacă viteza inițială și câmpul magnetic sunt în direcții perpendiculare, particula se deplasează astfel într-o traiectorie circulară. Câmpul magnetic perpendicular  care trece vertical prin electrozii în formă de D ai unui ciclotron acționează în mod similar asupra curentului de electroni sau ioni, forțând particulele să se deplaseze pe o traiectorie circulară, astfel încât acestea trec repetat prin spațiul îngust dintre cei doi D.

O diferență de potențial alternantă de înaltă frecvență , aplicată între cei doi electrozi metalici, generează un câmp electric uniform în acest spațiu (câmpul electric este nul in interiorul structurilor metalice în formă de D). Frecvența de oscilație a tensiunii aplicate, numită frecvență de ciclotron, este determinată de câmpul magnetic, sarcina și masa particulelor:

Polaritatea câmpului electric este alternată astfel încât particulele sunt întotdeauna accelerate atunci cand traversează spațiul dintre electrozi. Deoarece viteza particulelor crește treptat, raza traiectoriei acestora crește de asemenea treptat. Particulele sunt introduse în centrul dispozitivului și sunt extrase la raza și viteza (sau energia) maximă.

În practică, acest lucru este realizat prin alimentarea la o sursă de curent alternativ de 10⁴ - 10⁵ V a celor două jumătăți de cilindru, A, B, care compun ciclotronul, numite duanți și care sunt amplasate într-o incintă vidată. Aceasta se află într-un câmp magnetic constant N - S, perpendicular pe suprafața duanților. Un ion generat de sursa aflată în centru ciclotronului este accelerat în câmpul electric din spațiul dintre duanți, traiectoria sa din interiorul acestora fiind circulară, de rază din ce în ce mai mare.