Apa yang Dimaksud dengan Konstruksi Dasar Siklotron?
Sebelum memahami prinsip dasar kerja Cyclotron diperlukan untuk memahami gaya pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet dan juga gerakan partikel bermuatan dalam medan magnet tersebut.
Gaya pada Partikel Bermuatan yang Bergerak dalam Medan Magnet
Ketika konduktor penghantar arus konduktor dengan panjang L meter dan arus I ampere ditempatkan secara tegak lurus dalam medan magnet dengan kepadatan fluks B Weber per meter persegi, maka gaya atau lebih tepatnya gaya magnet yang bekerja pada konduktor tersebut akan menjadi
Sekarang, mari kita pertimbangkan bahwa ada total N jumlah elektron bebas yang dapat bergerak dalam konduktor sepanjang L meter yang menyebabkan arus I ampere.
Di mana, e adalah muatan listrik satu elektron dan nilainya 1,6 × 10-19 coulomb.
Sekarang dari persamaan (1) dan (2) kita mendapatkan
Di sini, N jumlah elektron menyebabkan arus I ampere, dan diasumsikan bahwa mereka menempuh jarak L meter dalam waktu t, sehingga kecepatan derift elektron akan menjadi
Dari persamaan (3) dan (4), kita mendapatkan
Ini adalah gaya yang bekerja pada N jumlah elektron dalam medan magnet, oleh karena itu gaya pada satu elektron dalam medan magnet tersebut dapat menjadi
Gerakan Partikel Bermuatan dalam Medan Magnet
Ketika partikel bermuatan bergerak dalam medan magnet, akan ada dua kondisi ekstrem. Partikel bergerak searah dengan medan magnet atau bergerak tegak lurus terhadap medan magnet.
Ketika partikel bergerak searah dengan sumbu arah medan magnet, gaya magnet yang bekerja padanya,
Oleh karena itu tidak ada gaya yang bekerja pada partikel, sehingga tidak ada perubahan kecepatan partikel dan oleh karena itu ia bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan konstan.
Sekarang jika partikel bermuatan bergerak tegak lurus terhadap medan magnet maka tidak akan ada perubahan kecepatan partikel. Ini karena gaya yang bekerja pada partikel tegak lurus terhadap gerakan partikel sehingga gaya tersebut tidak melakukan pekerjaan pada partikel sehingga tidak ada perubahan kecepatan partikel.
Tetapi gaya ini bekerja pada partikel tegak lurus terhadap gerakannya dan arah gerakan partikel akan berubah secara terus menerus. Akibatnya, partikel akan bergerak dalam lintasan lingkaran dengan kecepatan konstan dan jari-jari konstan di dalam medan.
Jika jari-jari gerakan melingkar adalah R meter maka
Sekarang,
Jadi jari-jari gerakan bergantung pada kecepatan gerakan.
Kecepatan sudut dan periode waktu tetap.
Prinsip Dasar Cyclotron
Konsep gerakan partikel bermuatan dalam medan magnet berhasil diterapkan dalam alat yang disebut cyclotron. Konseptualnya, perangkat ini sangat sederhana tetapi memiliki banyak manfaat di bidang teknik, fisika, dan kedokteran. Ini adalah perangkat penguat partikel bermuatan. Gerakan partikel bermuatan di bawah medan magnet tegak lurus sepenuhnya diterapkan dalam alat bernama cyclotron.
Konstruksi Cyclotron
Perangkat ini pada dasarnya memiliki tiga bagian konstruksi utama
Elektromagnet berukuran besar untuk menciptakan medan magnet seragam di antara dua kutub magnet yang diletakkan berhadapan.
Dua setengah silinder kosong berbentuk cekung yang terbuat dari logam konduktif tinggi. Komponen-komponen cyclotron ini disebut Dees.
Sumber tegangan bolak-balik frekuensi tinggi.
Detail Konstruksi
Dees diletakkan berhadapan di antara kutub elektromagnet. Dees diletakkan sedemikian rupa sehingga tepi lurusnya saling berhadapan dengan celah kecil di antara keduanya. Juga, fluks magnet dari elektromagnet memotong Dees secara tepat tegak lurus. Sekarang kedua Dees ini dihubungkan ke dua terminal sumber tegangan bolak-balik sehingga jika satu Dees berada pada potensial positif, maka yang lain akan berada pada potensial negatif yang tepat berlawanan pada waktu yang sama. Karena sumbernya bolak-balik, potensial Dees berubah sesuai dengan frekuensi sumber. Sekarang jika partikel bermuatan dilemparkan dari titik dekat pusat salah satu Dees dengan kecepatan V1. Karena pergerakan partikel sekarang tegak lurus terhadap medan magnet eksternal yang diterapkan, tidak akan ada perubahan kecepatan tetapi partikel bermuatan akan mengikuti lintasan lingkaran dengan jari-jari
Di mana, m gram adalah massa dan q coulomb adalah muatan partikel yang dilemparkan dan B Weber/meter2 adalah kepadatan fluks medan magnet eksternal yang diterapkan secara tegak lurus.
Setelah bergerak π radian atau 180o dengan jari-jari R1 partikel bermuatan datang ke tepi Dee. Sekarang periode waktu dan frekuensi sumber tegangan yang diterapkan disesuaikan dengan periode gerakan melingkar, yaitu
Sehingga polaritas Dee lainnya menjadi berlawanan dengan muatan partikel. Oleh karena itu, karena tarikan Dee di depan partikel bergerak dan juga karena tolakan Dee tempat partikel berada, partikel mendapatkan energi kinetik tambahan.
Di mana ν1 adalah kecepatan partikel di Dee sebelumnya dan ν2 adalah kecepatan partikel di Dee selanjutnya. Sekarang partikel akan bergerak dengan kecepatan yang lebih besar dengan jari-jari R2 meter.
