Τι είναι η βασική κατασκευή του Cyclotron;
Πριν κατανοήσετε τη βασική λειτουργία του Cyclotron είναι απαραίτητο να κατανοήσετε τη δύναμη που ασκείται σε ένα μετακινούμενο φορτισμένο σωματίδιο σε μαγνητικό πεδίο και επίσης τη κίνηση του φορτισμένου σωματιδίου στο μαγνητικό πεδίο.
Δύναμη που ασκείται σε ένα μετακινούμενο φορτισμένο σωματίδιο σε Μαγνητικό Πεδίο
Όταν ένας ηλεκτρικός ρευστός διάγωνας μήκους L μέτρα με ρεύμα I αμπέρ πλατθεί κάθετα σε ένα μαγνητικό πεδίο με πυκνότητα ροής B Weber ανά τετραγωνικό μέτρο, τότε η δύναμη, πιο σωστά η μαγνητική δύναμη, που ασκείται στον διάγωνα θα είναι
Τώρα, ας υποθέσουμε ότι υπάρχουν συνολικά N αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων στον διάγωνα μήκους L μέτρα που προκαλούν το ρεύμα I αμπέρ.
Όπου, e είναι ο ηλεκτρικός φορτισμός ενός ηλεκτρονίου και είναι 1.6 × 10-19 coulomb.
Τώρα, από τις εξισώσεις (1) και (2) παίρνουμε
Εδώ, N αριθμός ηλεκτρονίων που προκαλούν το ρεύμα I αμπέρ, και θεωρούμε ότι ταξιδεύουν μήκος L μέτρα σε χρόνο t, επομένως η διάφορτη ταχύτητα των ηλεκτρονίων θα είναι
Από τις εξισώσεις (3) και (4), παίρνουμε
Είναι η δύναμη που ασκείται σε N αριθμό ηλεκτρονίων στο μαγνητικό πεδίο, επομένως η δύναμη σε ένα μόνο ηλεκτρόνιο σε αυτό το μαγνητικό πεδίο μπορεί να είναι
Κίνηση Φορτισμένου Σωματιδίου σε Μαγνητικό Πεδίο
Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, υπάρχουν δύο ακραίες συνθήκες. Το σωματίδιο κινείται είτε κατά την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είτε κάθετα στο μαγνητικό πεδίο.
Όταν το σωματίδιο κινείται κατά την άξονα της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου, η μαγνητική δύναμη που ασκείται σε αυτό,
Επομένως δεν θα υπάρξει δύναμη που θα ασκείται στο σωματίδιο, επομένως δεν θα υπάρξει αλλαγή στην ταχύτητα του σωματιδίου και επομένως θα κινείται με ευθεία γραμμή με σταθερή ταχύτητα.
Τώρα, αν το φορτισμένο σωματίδιο κινείται κάθετα στο μαγνητικό πεδίο, τότε δεν θα υπάρξει αλλαγή στη ταχύτητα του σωματιδίου. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη που ασκείται στο σωματίδιο είναι κάθετη στη κίνηση του σωματιδίου, επομένως η δύναμη δεν θα κάνει καμία εργασία στο σωματίδιο, οπότε δεν θα υπάρξει αλλαγή στη ταχύτητα του σωματιδίου.
Αλλά αυτή η δύναμη που ασκείται στο σωματίδιο κάθετα στη κίνηση και η κατεύθυνση της κίνησης του σωματιδίου θα αλλάζει συνεχώς. Ως αποτέλεσμα, το σωματίδιο θα κινείται σε κυκλικό τροχιακό μονοπάτι με σταθερή ακτίνα και σταθερή ταχύτητα.
Αν η ακτίνα της κυκλικής κίνησης είναι R μέτρα, τότε
Τώρα,
Επομένως η ακτίνα της κίνησης εξαρτάται από την ταχύτητα της κίνησης.
Η γωνιακή ταχύτητα και ο χρονικός περίοδος είναι σταθεροί.
Βασική Αρχή του Cyclotron
Αυτή η έννοια της κίνησης του φορτισμένου σωματιδίου σε ένα μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς σε ένα συστήμα που ονομάζεται cyclotron. Συντονιστικά, αυτό το συστήμα είναι πολύ απλό, αλλά έχει τεράστιες εφαρμογές στον τομέα της μηχανικής, της φυσικής και της ιατρικής. Είναι ένα σύστημα επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων. Η κίνηση του φορτισμένου σωματιδίου κάθετα σε μαγνητικό πεδίο εφαρμόζεται αποκλειστικά στο σύστημα που ονομάζεται cyclotron.
Κατασκευή του Cyclotron
Αυτό το σύστημα έχει βασικά τρία κατασκευαστικά μέρη
Μεγάλος ηλεκτρομαγνήτης για τη δημιουργία ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου μεταξύ των δύο αντίθετων μαγνητικών πόλων.
Δύο χαμηλής ύψους κενά κυλίνδρια από υψηλής συνεκτικότητας μέταλλα. Αυτά τα συστατικά του cyclotron ονομάζονται Dees.
