Što je osnovna konstrukcija ciklotrona
Prije nego što shvatimo osnovni radni princip ciklotrona, potrebno je razumjeti silu na pokretnu nabijenu česticu u magnetskom polju te i kretanje nabijene čestice u magnetskom polju.
Sila na pokretnu nabijenu česticu u magnetskom polju
Kada strujni provodnik duljine L metara s strujom I ampera postavljen okomito u magnetsko polje s gustoćom toka B Weber po kvadratnom metru, tada bi sila, točnije magnetska sila, koja djeluje na provodnik bila
Sada, recimo da u provodniku duljine L metara postoji ukupno N broj mobilnih slobodnih elektrona koji uzrokuju struju I ampera.
gdje e predstavlja električni naboj jednog elektrona, a iznosi 1.6 × 10-19 kulon.
Sada iz jednadžbe (1) i (2) dobivamo
Ovdje, N broj elektrona koji uzrokuju struju I ampera, i recimo da oni putuju duljinu L metara u vremenu t, stoga drift brzina elektrona bi bila
Iz jednadžbi (3) i (4), dobivamo
To je sila koja djeluje na N broj elektrona u magnetskom polju, stoga sila na jedan elektron u tom magnetskom polju može biti
Kretanje nabijene čestice u magnetskom polju
Kada nabijena čestica kreće u magnetskom polju, postoje ekstremne dvije situacije. Čestica se kreće ili u smjeru magnetskog polja ili okomito na magnetsko polje.
Kada čestica kreira duž osi smjera magnetskog polja, magnetska sila koja djeluje na nju,
Stoga neće djelovati nikakva sila na česticu, stoga neće doći do promjene brzine čestice, te će se kreći pravcem s konstantnom brzinom.
Sada, ako nabijena čestica kreira okomito na magnetsko polje, tada neće doći do promjene brzine čestice. To je zato što sila koja djeluje na česticu okomita je na kretanje čestice, pa ta sila neće izvršiti nikakav rad na česticu, stoga neće doći do promjene brzine čestice.
Ali ta sila koja djeluje na česticu okomita je na njeno kretanje, a smjer kretanja čestice će se neprestano mijenjati. Kao rezultat, čestica će se kretati kružnim putanjama konstantnog polumjera s konstantnom brzinom u polju.
Ako je polumjer kružnog kretanja R metara, tada
Sada,
Stoga polumjer kretanja ovisi o brzini kretanja.
Uglova brzina i vremenski period su konstantni.
Osnovni princip ciklotrona
Ovaj koncept kretanja nabijene čestice u magnetskom polju uspješno je primijenjen u aparaturi nazvanoj ciklotron. Konceptualno je ovaj uređaj vrlo jednostavan, ali ima veliku primjenu u inženjerstvu, fizici i medicini. Ovo je uređaj za ubrzavanje nabijenih čestica. Kretanje nabijenih čestica pod okomitim utjecajem magnetskog polja je isključivo primijenjeno u aparatu nazvanom ciklotron.
Izrada ciklotrona
Ovaj uređaj temeljno ima tri glavna konstrukcijska dijela
Veliki elektromagnet za stvaranje uniformnog magnetskog polja između njegovih dva suprotno položena magnetska pola.
Dva niska visinska prazna polucilindra od visokoprovodljivih metala. Ovi komponenti ciklotrona zovu se Dees.
Visokofrequentni alternirajući izvor visokog napona.
Konstrukcijski detalji
Dees su postavljeni licem u lice između magnetskih polova. Deesi su tako postavljeni da njihove ravne rubove imaju mali razmak između njih. Također, magnetski tok elektromagneta presijeca ove Deese točno okomito. Sada su ta dva Deesa spojena na dva terminala alternirajućeg naponskog izvora tako da ako je jedan Dees u pozitivnom potencijalu, drugi će biti u točno suprotnom negativnom potencijalu istovremeno. Budući da je izvor alternirajući, potencijal Deesa se mijenja prema frekvenciji izvora. Sada, ako se nabijena čestica bac
