Cyklotron
En cyklotron er en type partikelaccelerator, som blev opfundet af Ernest Lawrence fra University of California, Berkeley, i 1930. Den accelererer ladede partikler ved at hvirvle dem rundt i en cirkel. De første cyklotroner var på størrelse med en hånd. Nogle moderne cirkulære acceleratorer bruger en cirkel, der er lige så bred som en by.
Cyklotroner bruger et vinkelret magnetfelt til at bøje elektroner og partikler i en halvcirkelformet bane ved hjælp af et påført elektrisk felt. Det påførte elektriske felt accelererer elektronerne mellem D-elektroderne (også kaldet "dees") i magnetfeltområdet.
Det accelererende elektriske felt vender om lige på det tidspunkt, hvor elektronerne afslutter deres halvcirkel, så det accelererer dem over spalten. Med en højere hastighed bevæger de sig i en større halvcirkel. Efter at have gentaget denne proces flere gange kommer de ud af udgangsporten med høj hastighed.
En moderne cyklotron til strålebehandling
Cyklotronfrekvens
En ladning i bevægelse i en cyklotron vil bevæge sig i en cirkulær bane under påvirkning af et konstant magnetfelt. Hvis man beregner tiden til at gennemføre en bane:
T = π 2r v = π 2m v q B v = π 2m q B {\displaystyle T={\frac {2\pi r}{v}}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}}={\frac {2\pi m}{qB}}}}
.
Det konstateres, at perioden er uafhængig af radius. Hvis man derfor anvender en firkantet bølge med en vinkelfrekvens qB/m, vil ladningen spiralformet bevæge sig udad med stigende hastighed.
Når en firkantet bølge med vinkelfrekvensen ω=qB/m sendes ind mellem de to sider af de magnetiske poler, vil ladningen blive forstærket igen på det rette tidspunkt for at accelerere den over spalten. Således kan den konstante cyklotronfrekvens fortsætte med at accelerere ladningen (så længe den ikke er relativistisk).
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er en cyklotron?
A: En cyklotron er en type partikelaccelerator, der accelererer ladede partikler ved at hvirvle dem rundt i en cirkel.
Spørgsmål: Hvem opfandt cyklotronen?
Svar: Ernest Lawrence fra University of California, Berkeley, opfandt cyklotronen i 1930.
Spørgsmål: Hvordan fungerer en cyklotron?
Svar: Cyklotroner bruger et vinkelret magnetfelt til at bøje elektroner og partikler i en halvcirkelformet bane ved hjælp af et elektrisk felt. Det påførte elektriske felt accelererer elektronerne mellem D-elektroderne (også kaldet "dees") i magnetfeltområdet. Det accelererende elektriske felt vender om lige på det tidspunkt, hvor elektronerne afslutter deres halvcirkel, så det accelererer dem på tværs af spalten. Med en højere hastighed bevæger de sig i en større halvcirkel. Efter at have gentaget denne proces flere gange kommer de ud af udgangsporten med høj hastighed.
Sp: Hvad er størrelsen på de tidlige cyklotroner?
Svar: De tidlige cyklotroner var på størrelse med en hånd.
Spørgsmål: Hvor store er moderne cirkulære acceleratorer?
A: Nogle moderne cirkulære acceleratorer bruger en cirkel, der er lige så bred som en by.
Spørgsmål: Hvilken slags felt anvendes i cyklotroner?
Svar: Cyklotroner anvender et vinkelret magnetfelt til at bøje elektroner og partikler gennem et elektrisk felt i en halvcirkelformet bane.
Sp: Hvordan accelereres elektroner i en cyklotron?
A: Elektroner accelereres mellem D-elektroderne (også kaldet "dees") i magnetfeltområdet ved hjælp af et elektrisk felt.
