Mikä on syklotronin perusrakenne?
Ennen kuin ymmärtää Cyclotronin perustoimintaperiaate, on tarpeen ymmärtää voima liikkuvalle varautuneelle osalle magneettikentässä sekä myös varautunut osan liike magneettikentässä.
Voima liikkuvalle varautuneelle osalle magneettikentässä
Kun virtajohdossa, jonka pituus on L metriä ja jossa kulkee I amperiä virtaa, sijoitetaan kohtisuorasti magneettikenttään, jonka fluxtiitiheyys on B Weberiä neliömetriä kohden, niin toisin sanoen magneettivoima, joka vaikuttaa johtimeen, olisi
Nyt, oletetaan, että johtimessa on yhteensä N määrä vapaita elektroneja, jotka aiheuttavat I amperin virtauksen pituudella L metriä.
Missä, e on yhden elektronin sähkövaraus, ja se on 1.6 × 10-19 coulombia.
Nyt yhtälöistä (1) ja (2) saamme
Tässä, N määrä elektroneja aiheuttaa I amperin virtauksen, ja oletetaan, että ne matkustavat L metrin matkan ajan t, joten driftnopeus elektroneille olisi
Yhtälöistä (3) ja (4) saamme
Se on voima, joka vaikuttaa N määrälle elektroneja magneettikentässä, joten voima yhdelle elektronille kyseisessä magneettikentässä voi olla
Varautunut osan liike magneettikentässä
Kun varautunut osa liikkuu magneettikentässä, on olemassa äärimmäiset kaksi olosuhtetta. Osapala liikkuu joko magneettikentän suuntaan tai sen risteiseen.
Kun osapala liikkuu magneettikentän suunnassa, siihen vaikuttava magneettivoima on,
Joten osapalalle ei vaikuteta mitään voimaa, joten osapalan nopeudessa ei tapahdu muutosta, ja se siis liikkuu suoraviivaisesti vakionaopeudella.
Nyt, jos varautunut osa liikkuu kohtisuorasti magneettikenttään, niin osapalan nopeudessa ei tapahdu muutosta. Tämä johtuu siitä, että osapalalle vaikuttava voima on kohtisuorassa osapalan liikkeeseen, joten voima ei tee työtä osapalalle, joten osapalan nopeudessa ei ole muutosta.
Mutta tämä osapalalle vaikuttava voima, joka on kohtisuorassa sen liikkeeseen, ja osapalan liikkumissuunta muuttuu jatkuvasti. Tämän seurauksena osapala liikkuu kiertoradalla vakionaopeudella ja vakion säteellä magneettikentässä.
Jos kiertoliikkeen säde on R metriä, niin
Nyt,
Joten kiertoliikkeen säde riippuu liikkeen nopeudesta.
Pysyvä kulmanopeus ja aikajakso ovat vakioita.
Cyclotronin perusperiaate
Tätä varautunut osan liike magneettikentässä käsiteltiin menestyksekkäästi laitteessa nimeltä cyclotron. Käsitteellisesti tämä laite on hyvin yksinkertainen, mutta sillä on valtavia sovelluksia insinööritieteessä, fysiikassa ja lääketieteessä. Tämä on varautunut osan kiihdyttävä laite. Varautunut osa liikkuu kohtisuorassa magneettikenttään sovellettuna laitteessa nimeltä cyclotron.
Cyclotronin rakennus
Tällä laitteella on kolme pääasiallista rakennusosausta
Suuri sähkömagneetti luomaan tasaiseksi magneettikentäksi sen kahden vastakkain asetetun magnetisen polun välillä.
Kaksi matalaa, tyhjää puolikasta, tehtyä korkeasta johtavasta metallista. Nämä komponentit kutsutaan Deeksiksi.
Korkea taajuuden vaihtovirta jännitelähde.
Rakennusratkaisut
Deekset on asetettu edestä edestä elektromagnetin polujen välille. Deekset on asetettu siten, että suora reunasegmentti on päin päin pienellä välinnällä. Myös elektromagnetin magneettivirta leikkaa nämä Deekset täsmälleen kohtisuorasti. Nyt nämä kaksi Deeksiä on yhdistetty vaihtovirran lähde terminaaleihin, jolloin jos toinen Deeksissa on positiivinen potentiaali, toinen on täsmälleen vastakkainen negatiivinen potentiaali samanaikaisesti. Koska lähde on vaihtovirta, Deeksien potentiaalit vaihtelevat lähteen taajuuden mukaan. Nyt, jos varautunut osa heitetään tietyllä nopeudella V1 lähelle Deeksin keskipistettä. Koska osan liike on nyt kohtisuorassa ulkoisesti sovellettuaan magneettikenttään, nopeudessa ei ole muutosta, mutta varautunut osa seuraa säteiltä R
Missä, m gramma on heitetyn osan massa ja q coulombi on heitetyn osan varaus, ja B Weberiä/neliömetri2 on ulkoisesti sovellettavan kohtisuoran magneettikentän fluxtiitiheys.
Kun osa on kulkenut π radiaania tai 180o säteen R1 kanssa, se tulee Deeksin reunalle. Nyt sovelletun jännitelähden taajuus ja aikajakso on sovitetu samaan tahtiin kiertoliikkeen aikajakson kanssa, joka on
Etenkin toisen Deeksin polariteetti muuttuu vastakkaiseksi varattua osaa koskevan Deeksin sähkövarauksen kanssa. Siksi Deeksin edessä olevan vetovoiman ja nykyisen Deeksin poistumisen vuoksi, osa saa lisää kinettistä energiaa.
Missä ν1 on osan nopeus edellisessä Deeksissä ja ν
