Циклотрон

Циклотрон – это простейшее устройство, предназначенное для ускорения заряженных частиц до значений энергии ~эВ.

Рис.167

Он состоит из двух металлических полукруглых полых электродов, имеющих вид коробок и называемые дуантами (рис.167). К дуантам приложено переменное напряжение в несколько киловольт.

Перпендикулярно плоскости дуантам (плоскость чертежа) направлено магнитное поле . Пусть в начальный момент времени из источника заряженных частиц (u) вылетает положительная частица (на рис.167 обозначается стрелкой направо) и в этот момент верхний дуант подаем отрицательный потенциал, а нижний – положительный. Тогда частица ускоряется (на частицу действует сила Лоренца и электрическая сила) и влетает в верхний дуант и будет двигаться по параболе. В момент выхода (точка A) из верхнего дуанта поменяем полярность

потенциалов, т.е. верхний дуант на плюс, а нижний на минус, электрическое поле направлено сверху вниз. При этом на частицу будет действовать электрическая сила, направленная от A к C, сила Лоренца перпендикулярна электрической силе, и частица ускоряется. Далее в момент выхода из нижнего дуанта (точка D) опять поменяем знаки потенциалов: верхний – на минус, нижний на плюс, то под действием электрического поля частица вновь ускоряется и т.д. Каждый раз меняя полярность потенциалов дуантов в момент выхода частицы из дуантов, ускоряем частицу. Ускорение частицы возможно, если частота изменения полярности потенциала (т.е. частота переменного напряжения) совпадает с частотой обращения частицы (с циклотронной частотой ). При этом частица приобретает максимальную кинетическую энергию. Найдем ее.

Радиус орбит частицы согласно п.3.4.3.1. определяется формулой (379):

Кинетическая энергия частицы равна и с учетом (379) получим:

(404)

Энергия частицы зависит от B.

Если зададим , и Кл, кг для протона, то энергия ускоренного протона в (эВ) равна

эВ=16 МэВ.

Существуют другие более мощные ускорители частиц: бетатрон, синхрофазотрон, БАК(большой адронный коллайдер) и т.д.

Дата добавления: 2014-01-07