Cyklotron

Z Wikipedii

Cyklotron - najprostsza i pierwsza historycznie forma akceleratora cyklicznego cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym.

W akceleratorach cyklicznych, w tym i w cyklotronie, przyspieszane cząstki poruszają się po torach zbliżonych do kołowych, przebiegając wielokrotnie przez obszar, w którym są przyspieszane.

Spis treści 1 Historia 2 Zasada działania 3 Częstotliwość cyklotronowa 4 Efekty relatywistyczne 5 Promieniowanie cyklotronowe 6 Zobacz też 7 Linki zewnętrzne

[edytuj] Historia

Pierwszy cyklotron zbudowano pod kierownictwem Ernesta Lawrence'a w University of California, w 1931 roku. Akcelerator był używany w eksperymentach nad zderzaniem cząstek jako źródło cząstek o energii do 1 MeV.

Obecnie cyklotrony są używane do:

• wytwarzania wiązki cząstek o określonej wysokiej energii używanych głównie do prowadzenia badań podstawowych oraz wykorzystywanych praktycznie np. w leczeniu nowotworów,
• uzyskiwania promieniowania rentgenowskiego o określonej częstotliwości w wyniku zjawiska promieniowania cyklotronowego,
• produkcji izotopów o krótkim czasie połowicznego rozpadu używanych w PET
• selekcjonowania cząstek w spektrometrach masy.

Pierwszy polski cyklotron uruchomiono w podkrakowskich Bronowicach 22 listopada 1958 roku.

[edytuj] Zasada działania

Cyklotron składa się z elektromagnesu wytwarzającego pole magnetyczne i komory próżniowej, w której umieszczono dwie półkoliste elektrody zwane duantami. Między elektrodami wytwarzane jest za pomocą generatora wysokiej częstotliwości zmienne pole elektryczne. W centrum cyklotronu znajduje się źródło cząstek (cząsteczek) naładowanych elektrycznie lub cząsteczki te są wprowadzane z zewnątrz. Jeżeli częstotliwość generatora jest równa częstotliwości obiegu cząstek, to cząstki są przyspieszane podczas przelotu między duantami. Cząstki o innym czasie przelotu są okresowo przyspieszane i hamowane i w końcu uderzają w duanty. Cząsteczki o większej energii poruszają się po większym promieniu; gdy promień cząstki jest odpowiednio duży, może ona opuścić akcelerator, pomocna w tym może być dodatkowa elektroda kierująca cząsteczki w odpowiednim kierunku.

[edytuj] Częstotliwość cyklotronowa

Na cząstkę poruszającą się prostopadle do pola magnetycznego działa siła (Lorentza) prostopadła do prędkości i indukcji pola magnetycznego, siła ta pełni rolę siły dośrodkowej:

Gdzie m to masa cząstki, q jej ładunek, v prędkość, r to promień toru ruchu, B indukcja pola magnetycznego.

Przekształcając,

v/r odpowiada prędkości kątowej ω, dlatego

Co odpowiada częstotliwości

Ze wzoru tego wynika, że częstotliwość rezonansowa nie zależy od prędkości cząstek, ale przy stałym polu magnetycznym zależy od stosunku ładunku do masy cząstki. Własność ta sprawia, że cyklotron przyspiesza tylko jeden rodzaj cząstek, co może być jego wadą, ale też zaletą. Cechę tę wykorzystuje się do separacji cząstek w analizatorach mas stosowanych w różnych spektometrometrach masy.

[edytuj] Efekty relatywistyczne

Przyspieszając cząstki do prędkości porównywalnych z prędkością światła, napotyka się w cyklotronach problem relatywistycznego wzrostu masy przyspieszanej cząstki. Problem ten można rozwiązać, zmieniając częstotliwość prądu zasilającego duanty. Częstotliwość ta musi spełniać zależność:

,

gdzie f_c jest częstotliwością w przybliżeniu klasycznym, T - energią kinetyczną cząstki, m₀ - masą spoczynkową cząstki, c - prędkością światła.

Przy czym energia kinetyczna jest proporcjonalna do liczby przebiegów przyspieszanych cząstek między elektrodami - oznacza to, że jest proporcjonalna do czasu przyspieszania cząstek. Cyklotron przystosowany do odpowiedniej zmiany częstotliwości w miarę przyspieszania cząstek nosi nazwę synchrocyklotronu.

Innym urządzeniem jest synchrotron, w którym wzrost masy cząstki kompensuje się, zwiększając natężenie pola magnetycznego.

Modyfikacją w budowie cyklotronów są cyklotrony izochroniczne, w których efekty relatywistyczne są niwelowane przez modyfikację budowy elektromagnesu, tak by im dalej od środka pole magnetyczne było silniejsze.

[edytuj] Promieniowanie cyklotronowe

Cząstka naładowana poruszając się w polu magnetycznym wysyła promieniowanie, które zwane jest promieniowaniem cyklotronowym. Promieniowanie to rośnie wraz ze wzrostem prędkości przyspieszanych cząstek, zmniejsza ono energię przyspieszanych cząstek, ograniczając maksymalną energię przyspieszanych cząstek.

[edytuj] Zobacz też

• Akcelerator cząstek

[edytuj] Linki zewnętrzne

• Zobacz schemat cyklotronu
• Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Kruk: To zbadajcie mnie alkomatem

- To zbadajcie mnie alkomatem, a jak nie to spotkamy się w sądzie - tak posłanka PiS Elżebieta Kruk odpowiedziała dziennikarzom na sugestie jakoby przyszła do Sejmu pod wpływem alkoholu.

Sejm: będą dłuższe urlopy macierzyńskie i urlopy dla ojców

Uchwalona nowelizacja Kodeksu Pracy wydłuża urlopy macierzyńskie i wprowadza urlopy dla ojców. Posłowie zgodzili się także na podwyższenie zasiłków macierzyńskich dla rolników.

Molestowana seksualnie? Szefowie tak mają

PRZEGLĄD PRASY. Bulwersujące zapisy rozmów z inspektorami pracy publikuje piątkowy "Dziennik".

J. Kaczyński: Do wyborców dotrzemy przez parafie

PRZEGLĄD PRASY. Jarosław Kaczyński ujawnia w "Rzeczpospolitej" plan Prawa i Sprawiedliwości na przyciągnięcie nowych zwolenników. "Punktem dotarcia dla naszych działaczy, posłów, senatorów jest parafia" - mówi prezes PiS w wywiadzie dla "Rzeczpospolitej".

"Wychodzi Tusk na mównicę..." - nowe dowcipy posłów

PRZEGLĄD PRASY. "Dlaczego tak dużo pszczół lata wokół Kancelarii Prezesa Rady Ministrów, odkąd Tusk został premierem? Bo czują lipę" - to jeden z dowcipów krążących wśród posłów. Do aktualnych poselskich anegdot dotarł "Dziennik".

Pożar w kopalni "Halemba" w drugą rocznicę katastrofy

Jeden górnik został poważnie poparzony, a 18 skierowano na badania, aby sprawdzić, czy nie podtruli się dymem w wyniku pożaru w podziemnej stacji transformatorów kopalni "Halemba" w Rudzie Śląskiej.

Zwrot w aferze przeciekowej? Kaczmarek nie musiał być źródłem

PRZEGLĄD PRASY. Janusz Kaczmarek nie musiał być źródłem przecieku w tzw. aferze gruntowej - uważa Prokuratura Apelacyjna. Jej zdaniem, śledztwo początkowo nakierunkowane było na jedną wersję, przedstawioną na słynnej konferencji - informuje "Rzeczpospolita". "Rz" wspólnie z Radiem Zet, dotarła do informacji, które w nowym świetle stawiają śledztwo wyjaśniające, kto spalił akcję CBA w resorcie rolnictwa. To może być zwrot w tzw. aferze przeciekowej - uważa dziennik.

Premier: Emerytalne plany skorygujemy

- Nie ma sporu o emerytury dla nauczycieli w koalicji - mówi premier. Tymczasem minister pracy z PSL nadal forsuje swój projekt, który oficjalnie nie podoba się Platformie.

Polskie śledztwo w sprawie „Sirius Star”

Polska prokuratura chciałaby postawić przed sądem piratów, którzy porwali statek „Sirius Star”

Władze Opola: Dewianci won!

Nie odbędzie się w miejskiej placówce „żywa biblioteka” z udziałem Romów, posła Mniejszości Niemieckiej, luteranki, feministki, anarchisty, punkowca, alkoholika, geja i lesbijki. Bo prezydenci oświadczyli, że nie życzą sobie tu dewiantów