Ano ang Pundamental na Konstruksyon ng Cyclotron?
Bago maintindihan ang pangunahing prinsipyo ng paggana ng Cyclotron, kailangang unawain ang pwersa sa isang naka-charge na partikulo na gumagalaw sa isang magnetic field at ang paggalaw ng naka-charge na partikulo sa magnetic field.
Pwersa sa Isang Naka-charge na Partikulo na Gumagalaw sa Magnetic Field
Kapag ang isang conductor na may kasamang current na L metro na may I ampere ay nakalagay nang perpendikular sa isang magnetic field na may flux density B Weber bawat metro kuwadrado, ang pwersa o magnetic force na nagsasagawa ng aksyon sa conductor ay maaaring
Ngayon, isipin natin na mayroong N na bilang ng mobile free electrons sa conductor na nasa haba ng L metro na nagdudulot ng current I ampere.
Kung saan, e ang elektriko charge ng isang electron at ito ay 1.6 × 10-19 coulomb.
Ngayon mula sa equation (1) at (2) makukuha natin
Dito, N na bilang ng electrons na nagdudulot ng current I ampere, at isipin na sila ay lumalakad ng haba ng L metro sa panahon ng t, kaya ang drift velocity ng mga electrons ay
Mula sa equation (3) at (4), makukuha natin
Ito ang pwersa na nagsasagawa ng aksyon sa N na bilang ng electrons sa magnetic field, kaya ang pwersa sa isang single electron sa magnetic field ay maaaring
Paggalaw ng Naka-charge na Partikulo sa Magnetic Field
Kapag ang isang naka-charge na partikulo ay gumagalaw sa magnetic field, may dalawang kondisyon. Ang partikulo ay galaw na kasabay ng direksyon ng magnetic field o ito ay galaw na perpendikular sa magnetic field.
Kapag ang partikulo ay galaw na kasabay ng direksyon ng magnetic field, ang magnetic force na nagsasagawa ng aksyon dito,
Kaya walang pwersa na nagsasagawa ng aksyon sa partikulo, kaya walang pagbabago sa bilis ng partikulo at kaya ito ay galaw sa linyang tuwid na may constant speed.
Ngayon, kung ang naka-charge na partikulo ay galaw na perpendikular sa magnetic field, walang pagbabago sa bilis ng partikulo. Ito ay dahil ang pwersa na nagsasagawa ng aksyon sa partikulo ay perpendikular sa paggalaw ng partikulo, kaya ang pwersa ay hindi magbibigay ng trabaho sa partikulo, kaya walang pagbabago sa bilis ng partikulo.
Ngunit ang pwersa na ito na nagsasagawa ng aksyon sa partikulo na perpendikular sa kanyang paggalaw at ang direksyon ng paggalaw ng partikulo ay patuloy na magbabago. Bilang resulta, ang partikulo ay galaw sa isang circular path na may constant radius at constant speed.
Kung ang radius ng circular motion ay R metro, kaya
Ngayon,
Kaya ang radius ng motion ay depende sa bilis ng motion.
Ang angular speed at time period ay constant.
Pangunahing Prinsipyo ng Cyclotron
Ang konsepto ng paggalaw ng naka-charge na partikulo sa magnetic field ay matagumpay na ginamit sa isang aparato na tinatawag na cyclotron. Konseptwal na, ang aparato na ito ay napakasimple, ngunit ito ay may malaking gamit sa larangan ng inhenyeriya, pisika, at medisina. Ito ay isang aparato para sa pag-accelerate ng naka-charge na partikulo. Ang paggalaw ng naka-charge na partikulo sa ilalim ng perpendikular na magnetic field ay lubusang ginamit sa aparato na tinatawag na cyclotron.
Pagbuo ng Cyclotron
Ang aparato na ito ay may tatlong pangunahing bahagi sa pagbuo
Malaking electromagnet upang lumikha ng uniform magnetic field sa pagitan ng kanyang dalawang face-to-face na magnetic opposite poles.
Dalawang mababang taas na hollow half cylinders na gawa sa mataas na conductive metals. Ang mga komponente ng cyclotron na ito ay tinatawag na Dees.
Isang high-frequency alternating high voltage source.
Mga Detalye sa Pagbuo
Ang mga Dees ay nakalagay face to face sa pagitan ng mga electromagnetic poles. Ang mga Dees ay ganito na nakalagay, na ang straight edge ay face-to-face na may maliit na gap sa pagitan nila. Ang magnetic flux ng electromagnet ay tumutukoy sa mga Dees na eksaktong perpendikular. Ngayon, ang dalawang Dees ay konektado sa dalawang terminals ng isang alternating voltage source, kaya kapag ang isa sa mga Dees ay nasa positive potential, ang isa pa ay nasa exact opposite negative potential sa parehong oras. Bilang resulta, ang potensyal ng mga Dees ay nababago ayon sa frequency ng source. Ngayon, kung isang naka-charge na partikulo ay ibinato mula sa isang punto malapit sa sentro ng isang Dee na may tiyak na bilis V1. Dahil ang paggalaw ng partikulo ngayon ay perpendikular sa externally applied magnetic field, walang pagbabago sa bilis ngunit ang naka-charge na partikulo ay susundin ang isang circular path na may radius
Kung saan, m gram ang masa at q coulomb ang charge ng ibinatong partikulo at B Weber/metre2 ang flux density ng externally applied perpendicular magnetic field.
Matapos lumakad ng π radians o 180o na may radius R1, ang naka-charge na partikulo ay dumating sa edge ng Dee. Ngayon, ang time period at frequency ng applied voltage source ay ayusin ayon sa time period ng circular motion na
Na ang polarity ng ibang Dee ay naging opposite sa charge ng partikulo. Kaya, dahil sa attraction ng Dee na nasa harap ng moving particle at din sa repulsion ng Dee kung saan nasa lugar ang partikulo, ang partikulo ay nakakakuha ng extra kinetic energy.
