Ciklotrons
Ciklotrons ir daļiņu paātrinātājs, ko 1930. gadā izgudroja Ernests Lorenss no Kalifornijas Universitātes Berklijā. Tas paātrina lādētas daļiņas, griežot tās aplī. Pirmie ciklotroni bija plaukstas lieluma. Daži mūsdienu apļveida paātrinātāji izmanto tikpat platu apli kā pilsēta.
Ciklotronos izmanto perpendikulāru magnētisko lauku, lai ar pieliktā elektriskā lauka palīdzību izlocītu elektronus un daļiņas pusapaļā ceļā. Pieliktais elektriskais lauks paātrina elektronus starp "D" elektrodiem (sauktiem arī par "dees") magnētiskā lauka apgabalā.
Paātrinošais elektriskais lauks mainās tieši brīdī, kad elektroni pabeidz savu pusapli, tādējādi paātrinot tos pāri plaisai. Ar lielāku ātrumu tie pārvietojas lielākā puslokā. Atkārtojot šo procesu vairākas reizes, tie ar lielu ātrumu iziet no izejas atveres.
Moderns ciklotrons staru terapijai
Ciklotrona frekvence
Ciklotronā kustīgs lādiņš pārvietojas pa apļveida ceļu pastāvīga magnētiskā lauka ietekmē. Ja aprēķina vienas orbītas veikšanas laiku:
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}}}}
.
Ir konstatēts, ka periods nav atkarīgs no rādiusa. Tāpēc, ja tiek pielikts kvadrātveida vilnis ar leņķisko frekvenci qB/m, lādiņš spirālveidīgi virzīsies uz āru, palielinot ātrumu.
Kad starp abām magnētisko polu pusēm tiek pielikts kvadrātviļņu vilnis ar leņķisko frekvenci ω=qB/m, lādiņš atkal tiks palielināts īstajā laikā, lai paātrinātu tā virzību pāri spraugai. Tādējādi nemainīga ciklotrona frekvence var turpināt paātrināt lādiņu (ja vien tas nav relatīvs).
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir ciklotrons?
A: Ciklotrons ir daļiņu paātrinātājs, kas paātrina lādētas daļiņas, griežot tās pa apli.
J: Kas izgudroja ciklotronu?
A: Ernests Lorenss no Kalifornijas Universitātes Berklijā izgudroja ciklotronu 1930. gadā.
J: Kā darbojas ciklotrons?
A: Ciklotronos izmanto perpendikulāru magnētisko lauku, lai ar pieliktā elektriskā lauka palīdzību izlocītu elektronus un daļiņas pusapaļā ceļā. Pieliktais elektriskais lauks paātrina elektronus starp "D" elektrodiem (sauktiem arī par "dees") magnētiskā lauka apgabalā. Paātrinošais elektriskais lauks apgriežas tieši tajā brīdī, kad elektroni pabeidz savu pusapli, tādējādi paātrinot tos pāri plaisai. Ar lielāku ātrumu tie pārvietojas lielākā puslokā. Atkārtojot šo procesu vairākas reizes, tie ar lielu ātrumu iziet no izejas atveres.
J: Kāds ir agrīno ciklotronu izmērs?
A: Agrīnie ciklotroni bija plaukstas lieluma.
J: Cik lieli ir mūsdienu cirkulārie paātrinātāji?
A: Daži mūsdienu cirkulārie paātrinātāji izmanto tikpat platu apli kā pilsēta.
J: Kādu lauku izmanto ciklotronos?
A: Ciklotronos izmanto perpendikulāru magnētisko lauku, lai ar pielietotā elektriskā lauka palīdzību izlocītu elektronus un daļiņas pusapaļā ceļā.
J: Kā ciklotronā paātrina elektronus?
A: Elektronus paātrina starp "D" elektrodiem (sauktiem arī par "dees") magnētiskā lauka apgabalā, izmantojot pielikto elektrisko lauku.
