Kio estas la baza konstruo de ciklotrono?
Antaŭ ol kompreni la bazan funkcioprincipon de Ciklotrono, necesas kompreni la forton sur moviĝantan ŝarĝitan partiklon en magnetan kampon kaj ankaŭ la moviĝon de la ŝarĝita partiklo en la magnetkampo.
Forco sur Moviĝanta Ŝarĝita Partiklo en Magnetkampo
Kiam elektra konduktilo kun longo L metroj kaj strumo I amperoj estas metita perpendikule en magnetan kampon kun fluksdensaĵo B Weber je kvadrata metro, tiam la forto, pli ĝuste dirite la magnetforco, aganta sur la konduktilon estus
Nun, konsideru ke estas totalo de N numero da libere moviĝantaj elektronoj en la konduktilo kun longo L metroj, kaŭzante la strumon I amperoj.
Kie, e estas la elektra ŝarĝo de unu elektron kaj ĝi estas 1.6 × 10-19 kulomb.
Nun el ekvacio (1) kaj (2) ni ricevas
Ĉi tie, N numero da elektronoj kaŭzas strumon I amperoj, kaj konsideru ke ili vojaĝas longon L metrojn en tempo t, do la drifta rapido de la elektronoj estus
El ekvacio (3) kaj (4), ni ricevas
Tio estas la forto aganta sur N numero da elektronoj en la magnetkampo, do la forto sur unu elektron en tiu magnetkampo povas esti
Moviĝo de Ŝarĝita Partiklo en Magnetkampo
Kiam ŝarĝita partiklo moviĝas en magnetkampo, estas du ekstremaj kondiĉoj. La partiklo moviĝas aŭ laŭ la direkto de la magnetkampo aŭ ĝi moviĝas perpendikule al la magnetkampo.
Kiam la partiklo moviĝas laŭ la akso de la direkto de la magnetkampo, la magnetforco aganta sur ĝin,
Do ne estos forto aganta sur la partiklon, do ne estos ŝanĝo en la rapido de la partiklo kaj ĝi moviĝos rekte kun konstanta rapido.
Nun, se la ŝarĝita partiklo moviĝas perpendikule al la magnetkampo, tiam ne estos ŝanĝo en la rapido de la partiklo. Tio estas ĉar la forto aganta sur la partiklon estas perpendikula al la moviĝo de la partiklo, do la forto ne faros laboron sur la partiklon, do ne estos ŝanĝo en la rapido de la partiklo.
Sed ĉi tiu forto, aganta sur la partiklon perpendikule al ĝia moviĝo, kaj la direkto de la moviĝo de la partiklo ŝanĝiĝos kontinue. Kiel rezulto, la partiklo moviĝos en cirkla trakto de konstanta radiuso kun konstanta rapido en la kampo.
Se la radiuso de la cirkla moviĝo estas R metroj, do
Nun,
Do la radiuso de la moviĝo dependas de la rapido de la moviĝo.
La angula rapido kaj la periodo estas konstantaj.
Bazaj Principoj de Ciklotrono
Ĉi tiu koncepto pri la moviĝo de ŝarĝita partiklo en magnetkampo estis sukcese aplikita en aparato nomita ciklotrono. Konceptuale ĉi tiu aparato estas tre simpla, sed ĝi havas grandan uzadon en la fako de inĝenierado, fiziko kaj medicino. Ĉi tio estas aparato por akceli ŝarĝitajn partiklojn. La moviĝo de la ŝarĝita partiklo sub perpendikula magnetkampo estas sole aplikita en la aparato nomita ciklotrono.
Konstruo de Ciklotrono
Ĉi tiu aparato havas tri ĉefajn konstruajn partojn
Grandega elektromagneto por krei uniforman magnetkampon inter siaj du viza-viza poziciigitaj magnetaj kontraŭpoloj.
Du malaltaj holkaj duoncilindroj faritaj el alta kondukada metalo. Ĉi tiuj komponantoj de ciklotrono estas nomitaj Dees.
Alta frekvenco alterniĝanta alta voltfonto.
Konstruaj Detaloj
La Dees estas poziciigitaj viza-viza inter la elektromagnetaj poloj. La Dees estas tiel poziciigitaj, ke iliaj rektaflankoj estas viza-viza kun malgranda interspaco inter ili. Ankaŭ la magnetflujo de la elektromagneto tranĉas ĉi tiujn Dees precize perpendikule. Nun ĉi tiuj du Dees estas konektitaj al du terminaloj de alterniĝanta voltfonto, tiel ke se unu Dee estas en pozitiva potencialo, la alia estos en eksakte kontraŭa negativa potencialo samtempe. Kiel la fonto estas alterniĝanta, la potencialoj de la Dees ŝanĝiĝas laŭ la frekvenco de la fonto. Nun, se ŝarĝita partiklo estas lanĉita proksime al la centro de unu Dee kun certa rapido V1. Kiel la moviĝo de la partiklo nun estas perpendikula al la eksterne aplika magnetkampo, ne estos ŝanĝo en la rapido, sed la ŝarĝita partiklo sekos cirklan trakton kun radiuso
Kie, m gramoj estas la maso kaj q kulomboj estas la ŝarĝo de la lanĉita partiklo, kaj B Weber/metro2 estas la fluksdensaĵo de la eksterne aplika perpendikula magnetkampo.
Post vojaĝo de π radianoj aŭ 180o kun radiuso R1, la ŝarĝita partiklo venas al la rando de la Dee. Nun la periodo kaj la frekvenco de la aplika
