Циклотрон

Схема принципа действия циклотрона поданного Лоуренсом патента

Циклотрон 1939

Циклотрон - циклический ускоритель тяжелых заряженных частиц.

Циклотрон позволяет ускорять ионы без применения источников высокой напряжения за счет многократного попадания частиц в область ускорения.

1. Устройство и принцип действия

Циклотрон состоит из двух полостей - дуантах, между которыми приложено высокочастотное электрическое поле. Внутри дуантах электрического поля нет, зато есть сильное магнитное поле, созданное мощными магнитами. Источник ионов находится в центре. Внутри дуантах ионы движутся по кругу, радиус которого определяется их скоростью. В промежутке между дуантами ионы попадают в электрическое поле, которое меняется с такой частотой, чтобы каждый ускорять частицы. При увеличении скорости частиц увеличивается их циклотронный радиус, то есть частицы, ускоряясь, отдаляются от центра к периферии. На внешнем радиусе циклотрона, там, где частицы имеют наибольшую энергию, устанавливаются мишени.

2. Ограничения

Циклотрон может ускорять лишь нерелятивистскую частицы, т.е. такие, энергия которых мала по сравнению с собственной массой покоя. Для ускорения электронов он не годится, поскольку масса покоя электрона равна примерно 0,5 МэВ.

Причина такого ограничения в том, что при увеличении энергии иона возрастает его масса. В таком случае уменьшается циклотронная частота частицы и она уже не попадает в фазу с изменением электрического поля, совершив полуоборота. Для преодоления этого ограничения сконструированы другие ускорители, например, Фазотрон, изохронная циклотроны т.д., в которых напряженность магнитного поля или частота изменения электрического поля меняется от центра к периферии.

3. История

Первый циклотрон сконструировал в 1929 году Эрнест Лоуренс в Университете Беркли, Калифорния, за что в 1939 году был награжден Нобелевской премией по физике.

Источники

• Булавин Л.А., Тартаковский В.К. Ядерная физика. - М.: Знание, 2005.
• Фрауэнфельдер, Хенли Э.. Субатомная физика. - Москва: Мир, 1979.

п о р Ускорители заряженных частиц Тип конструкции Линейный Высоковольтный ( Генератор Ван де Граафа, Каскадный, Трансформаторный, Импульсный) Индукционный Резонансный Циклический Бетатрон Циклотрон ( Фазотрон Изохронный циклотрон) Синхротрон Синхрофазотрон Микротрон Назначение Бустер Коллайдер Лазер на свободных электронах Источник синхротронного излучения Источник нейтронов Крупнейшие установки Исторические Беватрон Большой электрон-позитронный коллайдер Теватрон HERA Современные Большой адронный коллайдер Протонного суперсинхротрона Релятивистский коллайдер тяжелых ионов Нуклотрона Гипотетические Елоизатрон Зеватрон Планкатрон Фермитрон

Это незавершенная статья физики. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.