Kaj je osnovna konstrukcija ciklotrona

Preden razumemo osnovni delovni način ciklotrona, je potrebno razumeti silo, ki deluje na gibajočo se nabito delcev v magnetnem polju in tudi gibanje nabitih delcev v magnetnem polju.

Sila, ki deluje na gibajoč se nabiti delec v magnetnem polju

Ko tokonosilna vodilo dolžine L metrov z tokom I amper postavljen pravokotno v magnetno polje s gostoto toka B Weber na kvadratni meter, potem bi bila sila, bolje rečeno magnetna sila, ki deluje na vodilo

Naj bo skupaj N število mobilnih prostih elektronov v vodilu, ki ležijo v dolžini L metrov in povzročajo tok I amper.

Kjer je e električni naboj enega elektrona in je 1,6 × 10-19 coulomb.
Iz enačb (1) in (2) dobimo

Tukaj N število elektronov, ki povzroča tok I amper, in predpostavljamo, da potujejo dolžino L metrov v času t, zato bi bila driftova hitrost elektronov

Iz enačb (3) in (4) dobimo

To je sila, ki deluje na N število elektronov v magnetnem polju, zato bi bila sila na en sam elektron v tem magnetnem polju

Gibanje nabitih delcev v magnetnem polju

Ko se nabit delec premika v magnetnem polju, obstaja dva ekstremna stanja. Delec se premika bu pa v smeri magnetnega polja ali pa pravokotno na magnetno polje.
Ko se delec premika v smeri osi magnetnega polja, sila, ki deluje na njega,

Zato ne bo nobene sile, ki bi delovala na delec, zato ne bo spremembe hitrosti delca in zato se bo premikal po ravni črtnici z stalno hitrostjo.

Če se nabit delec premika pravokotno na magnetno polje, potem ne bo nobene spremembe hitrosti delca. To je zato, ker je sila, ki deluje na delec, pravokotna na gibanje delca, zato ta sila ne bo opravila nobene dela na delcu, zato ne bo nobene spremembe hitrosti delca.
Ale ta sila, ki deluje na delec pravokotno na njegovo gibanje, in smer gibanja delca se bo neprekinjeno spreminjala. Tako bo delec v polju premikal po krožni poti z stalnim polmerom in stalno hitrostjo.
Če je polmer krožnega gibanja R metrov, potem

Sedaj,

Zato odvisnost radija gibanja od hitrosti gibanja.
Kotna hitrost in obdobje so konstantni.

Osnovni princip ciklotrona

Ta koncept gibanja nabitih delcev v magnetnem polju je bil uspešno uporabljen v napravi, imenovani ciklotron. Konceptualno je ta naprava zelo preprosta, a ima veliko uporab v področjih inženirstva, fizike in medicine. To je naprava za pospeševanje nabitih delcev. Gibanje nabitih delcev pod pravokotnim magnetnim poljem je popolnoma uporabljeno v napravi, imenovani ciklotron.

Gradnja ciklotrona

Ta naprava ima v bistvu tri glavne gradbene dele

1. Velik elektromagnet, ki ustvarja enakomerno magnetno polje med svojima dvema nasprotnima poloma, postavljenima eno drugemu nasproti.

   
   

2. Dve nizkih praznih polcylinderih, izdelanih iz visoko vodivih kovin. Ti komponenti ciklotrona se imenujejo Dee.

   
   

3. Visokofrekvenčna izmenična visoka napetostna vir.

Gradbeni podrobnosti

Dee sta postavljena eno drugi nasproti med elektromagnetskima poloma. Dee sta tako postavljena, da bo ravninska roba ena drugi nasproti z majhnim razmikom med njimi. Tudi magnetni tok elektromagneta preseka te Dee točno pravokotno. Sedaj ti dve Dee sta povezani z dvema terminaloma izmeničnega napetostnega vira, tako da, če je ena Dee v pozitivnem potencialu, bo druga v točno nasprotnem negativnem potencialu hkrati. Ker je vir izmeničen, se potenciali Dee spreminjajo glede na frekvenco vira. Če zdaj nabit delec zvržemo iz točke blizu sredote ene Dee z določeno hitrostjo V1. Ker se gibanje delca zdaj premika pravokotno na zunanje uporabljeno magnetno polje, ne bo nobene spremembe hitrosti, ampak nabit delec bo sledil krožni poti s polmerom
Kjer je m gram masa in q coulomb naboj metanega delca in B Weber/metre2 gostota toka zunanje uporabljenega pravokotnega magnetnega polja.
Po potovanju π radianov ali 180o z radijem R1 nabit delec pride do roba Dee. Sedaj obdobje in frekvenca uporabljenega