Што е основната конструкција на циклотрон?
Преж да се разбере основниот принцип на работа на Циклотронот, потребно е да се разбере силата на движечка натоварена честичка во магнетско поле и исто така движението на натоварената честичка во магнетското поле.
Сила надвижување на натоварена честичка во магнетско поле
Кога проводник со должина L метри и струја I ампери се поставува перпендикуларно во магнетско поле со густина на магнетски поток B Вебер/метар квадрат, тогаш силата, точнее магнетната сила која делува на проводникот би била
Сега, нека претпоставиме дека има вкупно N број на слободни подвижни електрони во проводникот што се наоѓаат во должина L метри и причинуваат струја I ампери.
Каде, e е електричниот заряд на еден електрон и тој изнесува 1.6 × 10-19 кулон.
Сега од једначините (1) и (2) добиваме
Тука, N број на електрони причинуваат струја I ампери, и претпоставуваме дека тие патуваат должина L метри во време t, затоа дрифт-брзина на електроните би била
Од једначините (3) и (4), добиваме
Тоа е силата која дејствува на N број на електрони во магнетското поле, затоа силата на еден електрон во тоа магнетско поле може да биде
Движение на натоварена честичка во магнетско поле
Кога натоварена честичка се движи во магнетско поле, постојат две екстремни состојби. Честичката се движи или по правецот на магнетското поле или перпендикуларно на магнетското поле.
Кога честичката се движи по оската на правецот на магнетското поле, магнетната сила која дејствува на неа,
Затоа нема сила која би дејствувала на честичката, затоа нема промена во брзината на честичката и затоа се движи по права линија со константна брзина.
Сега, ако натоварената честичка се движи перпендикуларно на магнетско поле, тогаш нема да има промена во брзината на честичката. Ова е затоа што силата која дејствува на честичката е перпендикуларна на движението на честичката, затоа силата нема да направи никаква работа на честичката, па затоа нема да има промена во брзината на честичката.
Но оваа сила која дејствува на честичката перпендикуларно на неговото движение и правецот на движението на честичката ќе се менува непрекинато. Како резултат, честичката ќе се движи во кругова патека со константен радиус и константна брзина во полето.
Ако радиусот на круговото движение е R метри, тогаш
Сега,
Затоа радиусот на движението зависи од брзината на движението.
Аголната брзина и временскиот период се константни.
Основни принципи на Циклотронот
Овој концепт за движение на натоварена честичка во магнетско поле беше успешно применет во уред наречен циклотрон. Концептуално, овој уред е многу прост, но има големи користи во областа на инженерството, физиката и медицината. Тој е уред за забрзување на натоварени честички. Движението на натоварената честичка под перпендикуларно магнетско поле се применува само во уредот наречен циклотрон.
Изградба на Циклотронот
Овој уред има три главни конструкцијски дела
Голем електромагнет за создавање на униформно магнетско поле меѓу неговите два лицемутиво поставени магнетски противоположни полюси.
Две ниски холоцилиндрички половинки направени од високо проводливи метали. Овие компоненти на циклотронот се нарекуваат Деси.
Високочестотен алтернативен извор на висок напон.
Конструкциони детали
Деситата се поставени лицемутиво помеѓу магнетните полюси. Деситата се поставени така што правите рабови ќе бидат лицемутиво со мал прозор. Магнетскиот поток на електромагнетот ја сече Деситата точно перпендикулярно. Сега, овие две Деси се поврзани со два терминала на алтернативен извор на напон, така што ако една Деси е во позитивен потенцијал, другата ќе биде во точно противоположен негативен потенцијал во исто време. Бидејќи изворот е алтернативен, потенцијалите на Деситата се менуваат според честотата на изворот. Сега, ако натоварена честичка се испраши од точка блиска до центарот на една Деси со одредена брзина V1. Бидејќи движението на честичката е перпендикулярно на екстерно применето магнетско поле, нема да има промена во брзината, но натоварената честичка ќе следи кругова патека со радиус
Каде, m грам е масата и q кулон е зарядот на испрашената честичка, а B Вебер/метар2 е густината на екстерно применето перпендикуларно магнетско поле.
После преминување π радијани или 180° со радиус R1 натоварената честичка доаѓа до работ на Деси. Сега, временскиот период и честотата на применетиот извор на напон се прилагодени со временскиот период на круговото движение, што значи
Дека поларитетот на другата Деси станува противоположен на заредот на честичката. Затоа, поради привлаката на Десиот пред движечата честичка и исто така поради одбивањето од Десиот во која се наоѓа честичката, честичката добива дополнителна кинетичка енергија.
