Šta je osnovna konstrukcija ciklotrona
Prije nego što razumemo osnovni radni princip ciklotrona, potrebno je razumjeti silu koja djeluje na pokretnu nabijenu česticu u magnetskom polju, kao i kretanje nabijene čestice u magnetskom polju.
Sila koja djeluje na pokretnu nabijenu česticu u magnetskom polju
Kada se struja nosi vodič dužine L metara sa strujom I amper postavljen okomito u magnetsko polje s gustoćom fluksa B Weber po kvadratnom metru, tada bi sila, točnije magnetska sila, koja djeluje na vodič bila
Sada, recimo da ukupno N broj mobilnih slobodnih elektrona u vodiču dužine L metara uzrokuje struju I amper.
Gdje je e električni naboj jednog elektrona i iznosi 1.6 × 10-19 kulon.
Sada iz jednačina (1) i (2) dobijamo
Ovdje, N broj elektrona koji uzrokuju struju I amper, i pretpostavimo da putuju dužinu L metara za vrijeme t, stoga bi drift brzina elektrona bila
Iz jednačina (3) i (4), dobijamo
To je sila koja djeluje na N broj elektrona u magnetskom polju, stoga sila na jedan elektron u tom magnetskom polju može biti
Kretanje nabijene čestice u magnetskom polju
Kada se nabijena čestica kreće u magnetskom polju, postoje ekstremne dvije situacije. Čestica se kreće ili u smjeru magnetskog polja ili okomito na magnetsko polje.
Kada se čestica kreće duž ose smjera magnetskog polja, magnetska sila koja na nju djeluje,
Stoga neće postojati sila koja na nju djeluje, stoga neće doći do promjene brzine čestice i stoga se ona kreće pravcem s konstantnom brzinom.
Sada, ako se nabijena čestica kreće okomito na magnetsko polje, tada neće doći do promjene brzine čestice. To je zato što je sila koja na česticu djeluje okomita na njen pokret, stoga ta sila neće raditi na česticu, pa neće doći do promjene brzine čestice.
Ali ova sila koja na česticu djeluje okomito na njeno kretanje, a smjer kretanja čestice će se neprestano mijenjati. Kao rezultat, čestica će se kretati krugom konstantnog radijusa s konstantnom brzinom u polju.
Ako je radijus kružnog kretanja R metara, tada
Sada,
Stoga radijus kretanja zavisi od brzine kretanja.
Uglova brzina i period su konstantni.
Osnovni princip ciklotrona
Ovaj koncept kretanja nabijene čestice u magnetskom polju uspješno je primijenjen u uređaju nazvanom ciklotron. Konceptualno je ovaj uređaj vrlo jednostavan, ali ima veliku upotrebu u inženjerstvu, fizici i medicini. Ovo je uređaj za ubrzavanje nabijenih čestica. Kretanje nabijene čestice pod okomitim magnetskim poljem isključivo je primijenjeno u uređaju nazvanom ciklotron.
Konstrukcija ciklotrona
Ovaj uređaj osnovno ima tri glavna konstrukcijska dijela
Veliki elektromagnet za stvaranje uniformnog magnetskog polja između svojih dva suprotna položaja magnetskih polova postavljenih licem u lice.
Dva niska visinska prazna pola cilindra napravljena od materijala visokog provodnosti. Ovi komponenti ciklotrona nazivaju se Dees.
Visoko-frekventni izvor visokog napona.
Konstrukcijski detalji
Dees su postavljeni licem u lice između magnetskih polova. Dees su tako postavljeni da su ravne ivice licem u lice s malom prazninom između njih. Također, magnetski fluks elektromagneta presijeca ove Dees točno okomito. Sada su ova dva Deesa povezana sa dva terminala izvora alterne struje tako da ako je jedan Dees u pozitivnom potencijalu, drugi će biti u točno suprotnom negativnom potencijalu u isto vrijeme. Budući da je izvor alterirani, potencijali Deesa se mijenjaju prema frekvenciji izvora. Sada, ako se nabijena čestica baci iz točke blizu centra jednog Deesa s određenom brzinom V1. Budući da se kretanje čestice sada događa okomito na vanjsko primijenjeno magnetsko polje, neće doći do promjene brzine, ali nabijena čestica će pratiti kružnu putanju s radijusom
Gdje je m gram masa, a q kulon naboj bacene čestice, a B Weber/metre2 je gustoća fluksa vanjskog primijenjenog okomitog magnetskog polja.
Nakon što putuje π radijana ili 180o s radijusom R1, nabijena čestica dolazi do ruba Deesa. Sada se period i frekvencija primijenjenog
