Kāda ir ciklotrons pamata konstrukcija
Pirms saprotam pamata ciklotrons darbības principu, ir nepieciešams izprast spēku uz kustīgo lādētu daļiņu magnētiskā laukā un arī šīs lādētās daļiņas kustību magnētiskajā laukā.
Spēks uz kustīgo lādētu daļiņu magnētiskā laukā
Ja strāvas pārnestājs strāvas pārnestājs garums L metri ar strāvu I amperi tiek novietots perpendikulāri magnētiskā lauka fluxa blīvumā B Vebers kvadrātmeters, tad spēks, kas iedarbojas uz strāvas pārnestāju, būs
Tagad pieņemsim, ka kopā ir N skaits mobilo brīvi mainīgu elektronu strāvas pārnestājā garumā L metri, kas rada strāvu I amperi.
Kur e ir viena elektrona lāde, un tā ir 1.6 × 10-19 kulons.
Tagad no vienādojumiem (1) un (2) mēs iegūstam
Šeit, N skaits elektronu, kas rada strāvu I amperi, un pieņemsim, ka tie ceļo garumu L metri laikā t, tātad drifta ātrums elektroniem būs
No vienādojumiem (3) un (4), mēs iegūstam
Tas ir spēks, kas iedarbojas uz N skaita elektronu magnētiskajā laukā, tātad spēks uz vienu elektronu šajā magnētiskajā laukā varētu būt
Lādētas daļiņas kustība magnētiskajā laukā
Ja lādēta daļiņa kustas magnētiskajā laukā, būs divas ekstrēmas situācijas. Daļiņa kustas vai nu magnētiskā lauka virzienā, vai perpendikulāri magnētiskajam laukam.
Kad daļiņa kustas magnētiskā lauka ass virzienā, magnētiskais spēks, kas iedarbojas uz to,
Tātad uz daļiņu nekāds spēks nedarbosies, tātad nav nekādas izmaiņas daļiņas ātrumā, un tā tālāk kustīsies taisnā līnijā ar nemainīgu ātrumu.
Tagad, ja lādēta daļiņa kustas perpendikulāri magnētiskajā laukā, tad daļiņas ātruma nemainīsies. Tas ir tāpēc, ka spēks, kas iedarbojas uz daļiņu, ir perpendikulārs tās kustībai, tāpēc šis spēks nerīkos nekādu darbu uz daļiņu, un tāpēc daļiņas ātrums nemainīsies.
Bet šis spēks, kas iedarbojas uz daļiņu perpendikulāri tās kustībai, un tās kustības virziens mainīsies nepārtraukti. Tā rezultātā daļiņa kustīsies cirkulārā trajektorijā ar nemainīgu rādiusu un nemainīgu ātrumu.
Ja cirkulārās kustības rādiuss ir R metri, tad
Tagad,
Tātad kustības rādiuss atkarīgs no kustības ātruma.
Leņķa ātrums un periods ir nemainīgi.
Ciklotrons pamatprincipi
Šis lādētas daļiņas kustības magnētiskā laukā princips tika veiksmīgi izmantots ierīcē, kas sauc par ciklotronu. Konceptuāli šī ierīce ir ļoti vienkārša, bet tās lietojums inženierzinātnē, fizikā un medicīnā ir ļoti plašs. Tas ir lādētas daļiņas paātrināšanas ierīce. Lādētas daļiņas kustība perpendikulāri magnētiskajā laukā tiek vienīgi pielietota ierīcē, kas sauc par ciklotronu.
Ciklotrons konstrukcija
Šai ierīcei pamatā ir trīs galveni konstrukcijas daļas
Lielas izmēra elektromagnēts, lai radītu vienmērīgu magnētisko lauku starp abiem pretēji novietotajiem magnētiskajiem poliem.
Divas zemas augstuma tukšas puscilindrus no augsti vedīgām metālām. Šīs ciklotrona komponentes sauc par Dees.
Augsta frekvences maiņsprieguma avots ar augstu spriegumu.
Konstrukcijas detalizācija
Dees tiek novietoti sevi pret sevi starp elektromagnēta poliem. Dees ir novietoti tā, lai taisna robeža būtu sevi pret sevi ar mazu atstarpi starp tiem. Arī elektromagnēta magnētiskais plūsma šķērso šos Dees tieši perpendikulāri. Tagad šiem diviem Dees ir savienoti ar diviem maiņsprieguma avota termināliem tā, lai, ja viens Dees ir pozitīvā potenciālā, otrs būtu tieši pretējā negatīvā potenciālā vienlaicīgi. Jo avots ir maiņsprieguma, Dees potenciāli tiek maiņotas saskaņā ar avota frekvenci. Ja tagad lādēta daļiņa tiek nometa no punkta tuvā centram viena Dees ar noteiktu ātrumu V1. Kā daļiņas kustība tagad perpendikulāri ārējam piemērotam magnētiskajam laukam, nebūs nekādas ātruma izmaiņas, bet lādēta daļiņa sekos apgaismojuma trajektorijai ar rādiusu
Kur, m gramus ir masa un q kuloni ir nometas daļiņas lāde, un B Vebers/metru2 ir ārējā piemērotā perpendikulārā magnētiskā lauka fluxa blīvums.
Pēc π radiānu vai 180
