Hva er grunnleggende konstruksjon av cyclotron?
Før man forstår den grunnleggende arbeidsprinsippet for Cyclotron, er det nødvendig å forstå kraften på en bevegende ladet partikkel i et magnetfelt og også bevegelsen til den ladete partikkelen i magnetfeltet.
Kraft på en bevegende ladet partikkel i et magnetfelt
Når en strømførende leder med lengde L meter og strøm I amper plasseres vinkelrett i et magnetfelt med fluxtettle B Weber per kvadratmeter, vil kraften, eller snarere magneteffekten, som virker på lederen være
La oss nå anta at det er totalt N antall mobile fri elektroner i lederen over lengden L meter som forårsaker strømmen I amper.
Hvor e er elektronens elektriske lading, og det er 1.6 × 10-19 coulomb.
Nå fra ligning (1) og (2) får vi
Her, N antall elektroner forårsaker strømmen I amper, og la oss anta at de reiser lengden L meter på tiden t, derfor vil driftfarten til elektronene være
Fra ligning (3) og (4), får vi
Dette er kraften som virker på N antall elektroner i magnetfeltet, derfor er kraften på en enkelt elektron i dette magnetfeltet
Bevegelse av ladet partikkel i et magnetfelt
Når en ladet partikkel beveger seg i et magnetfelt, vil det være to ekstreme tilstander. Partikkelen beveger seg enten langs retningen av magnetfeltet eller vinkelrett på magnetfeltet.
Når partikkelen beveger seg langs aksen i retningen av magnetfeltet, er magneteffekten som virker på den,
Derfor vil det ikke være noen kraft som virker på partikkelen, dermed ingen endring i partikkelenes fart, og den vil bevege seg i en rett linje med konstant hastighet.
Nå, hvis den ladete partikkelen beveger seg vinkelrett på magnetfeltet, vil det ikke være noen endring i partikkelenes fart. Dette er fordi kraften som virker på partikkelen er vinkelrett på partikkelenes bevegelse, så kraften vil ikke utføre arbeid på partikkelen, og dermed vil det ikke være noen endring i partikkelenes fart.
Men denne kraften som virker vinkelrett på partikkelenes bevegelse, vil gjøre at retningen av partikkelenes bevegelse endres kontinuerlig. Som et resultat vil partikkelen bevege seg i et sirkulært bane med konstant radius og konstant fart i feltet.
Hvis radiusen av den sirkulære bevegelsen er R meter, da
Nå,
Radiusen av bevegelsen avhenger av farten av bevegelsen.
Vinkelfart og periode er konstante.
Grunnleggende prinsipp for Cyclotron
Denne konseptet om bevegelse av ladet partikkel i et magnetfelt ble vellykket brukt i en apparatur kalt cyclotron. Konseptuelt er denne enheten svært enkel, men den har store bruksområder innen ingeniørvitenskap, fysikk og medisin. Dette er en apparatur for akselerering av ladete partikler. Bevegelsen av ladet partikkel under vinkelrett magnetfelt er alene anvendt i apparaturet kalt cyclotron.
Konstruksjon av Cyclotron
Denne enheten har i hovedsak tre konstruksjonsdeler
Stor størrelses elektromagnet for å opprette uniformt magnetfelt mellom sine to motstående magnepoler.
To lavhøyde tomme halvsylinder laget av høykonduktive metaller. Disse komponentene i cyclotron kalles Dees.
En høyfrekvens alternerende høy spenningskilde.
Konstruksjonsdetaljer
Dees er plassert ansikt til ansikt mellom elektromagnetens poler. Dees er plassert slik at de flate kantene står ansikt til ansikt med liten sprek mellom dem. Magnetflaksen fra elektromagnetet skjærer disse Dees nøyaktig vinkelrett. Nå er disse to Dees koblet til to terminaler av en alternerende spenningskilde, slik at hvis én Dee er i positiv potensial, vil den andre være i eksakt motsatt negativ potensial samtidig. Da spenningskilden er alternerende, vil potensialet til Dees endre seg i henhold til frekvensen til kilden. Nå, hvis en ladet partikkel kastes fra et punkt nær sentrum av én Dee med en viss fart V1. Siden partikkelen beveger seg vinkelrett på det eksternt appliserte magnetfeltet, vil det ikke være noen endring i farten, men den ladete partikkelen vil følge en sirkulær bane med radius
Hvor m gram er massen og q coulomb er ladningen til den kastede partikkelen, og B Weber/metre2 er fluxtettlelsen til det eksternt appliserte vinkelrette magnetfeltet.
Efter å ha reist π radianer eller 180o med radius R1 kommer den ladete partikkelen til kanten av Dee. Tidsperioden og frekvensen til den appliserte spenningskilden
