Cyklotron

Co to jest cyklotron?

Cyklotronem nazywamy akcelator cykliczny, gdzie stosunkowo ciężkie cząsteczki (protony, jądra, jony) przyśpieszane są polem elektrostatycznym o napięciu rzędu stu kV oraz wysokiej częstości, istniejącym między 2 duantami, zatem płaskimi wydrążonymi półwalcami

Jak działa?

Cząsteczki przemieszczają się po torach spiralnych dzięki występowaniu stałego silnego pola magnetycznego prostopadłego do płaszczyzny przyspieszenia.

Zasada działania opiera się na obserwacji, iż przy pominięciu efektów relatywistycznych (tj. wzrostu masy przyspieszanych cząsteczek) częstotliwość obiegu cząsteczek naładowanych po torze kołowym k (częstość cyklotronowa) nie jest uzależniony od ich energii, co daje możliwość na łatwe zsynchronizowanie częstości obiegu cząsteczek z częstością zmian pola elektrycznego e.

Budowa cykltronu

Schematyczny rysunek przedstawiający źródło jonów, linię injekcyjną i cyklotron (przekrój pionowy)

Rodzaje cyklotronów

1. Cyklotron izochroniczny.
cyklotron, w którym wartość pola magnet. wzrasta wraz z odległością od środka komory, co zapewnia jednakowy czas obiegu cząstek po każdej orbicie bez względu na jej średnicę i energię cząstek; umożliwia to zwiększenie maks. energii i natężenia wiązek; stosowany gł. do celów badawczych oraz jako tzw. cyklotron medyczny — do terapii nowotworowej oraz do wytwarzania izotopów promieniotwórczych, stosowanych gł. w medycynie.

2. Cyklotron klasyczny.
pierwszy cykliczny akcelerator jonów, skonstruowany 1931 przez E.O. Lawrence'a i M.O. Livingstona. Działanie cyklotronu polega na przyspieszaniu jonów wstrzykniętych do komory próżniowej przez pole elektr. wielkiej częstotliwości wytworzone między 2 elektrodami (tzw. duantami) i zakrzywianiu ich toru za pomocą stałego pola magnet. wytworzonego przez elektromagnes; wraz ze wzrostem energii jonów zwiększa się zataczany przez nie półokrąg; po osiągnięciu maks. energii odchylone przez deflektor jony opuszczają komorę; zakres uzyskiwanych energii znacznie ogranicza relatywistyczny przyrost masy cząstek.