سيکلوترون

Ernest Orlando Lawrence


سيکلوترون دستگاه شتاب دهنده اي است که توسط ارنست لارنس در دانشگاه برکلي امريکا جهت مطالعه اثر ميدانهاي الکتريکي ومغناطيسي بر روي ذرات باردارساخته شد وي با اين اختراع نهمين جايزه نوبل فيزيک را در سال ۱۹۳۹ دريافت نموداين دستگاه ميتواندبه ذرات باردار تا انرژيهاي نسبتا بالايي شتاب دهد  اين ذرات باردار ميتواند پروتون ويا دوترون باشند اجزاي ان عبارت است از :                                       

۱- نوسانگر الکتريکي :(oscillator)

که شامل  دو جسم دي شکل مثبت ومنفي از جنس مس است کار اين نوسانگر ايجاد اختلاف پتانسيل حدود ۱۰۵ ولت است و جهت اختلاف پتانسيل در هر ثانيه ميليونها بار عوض خواهدشد.

۲-چشمه يوني که در مرکز سيکلوترون واقع مي شود : (ion source)

در اين مکان با بمباران هيد رژن سنگين توسط ا لکترونهاي پر انرژي (حدود ۱۰۰الکترون ولت)يونهاي مثبت(دوترونها)متولد مي شوندواين يونها با عبور از سوراخ ديوار چشمه يوني وارد سيکلوترون شده ودر اثر پتانسيل بالاي(۱۰۵ولت) دستگاه شتاب ميگيرد.

 

۳ - اهنرباي الکتريکي بسيار قوي(۱.۶تسلا):

اين اهنربا در اطراف دي ها نصب ميشوند وسبب انحراف و حرکت دوراني دوترونها خواهند شد. 

 ۴-مخزن خلا‌‌ء :

که همه اجزاء را در بر ميگيرد(vacuum tank) وفشار هوا را تا يک ميليونيم ميليمتر جيوه کاهش دهد.تا يونها حداقل برخورد با مولکولهاي هوا را داشته باشند

۵- صفحه منحرف کننده

طرز کار :

ابتدا در چشمه يوني هيدرژن سنگين توسط الکترونهاي پر انرژي بمباران ميشوند ۱۰۰الکترون ولت.واز ان دوترونها ازاد مي شوند ودر برابر يک دي منفي قرار مي گيردو تحت تاثير نوسانگر شتاب گرفته داخل دي رفته وتحت تاثير ميدان مغناطيسي آهنربا قرار گرفته و در مسير دوراني به حرکت در مي آيد. 

 نيروي مغناطيسي وارد بر  دوترونهاي باردار                                                      F = qv x B (1

نيروي جانب به مرکزکه برابربا نيروي                                                                 F=MV2/r )2

 مغناطيسي است با برابر قرار دادن دورابطه فوق فرمول سوم بدست مي آيد.             

                                                                                                            r = mv/qB (3        

 هما نطور که از رابطه ۳ معلوم است سرعت دوترونها به شعاع مسير  وابسته است. يعني به شعاع دي هاوبنابراين مقدار انرژي چنبشي آنها نيز به شعاع دي بستگي دارد.
 
                4) K=1/2mV2=q2B2r2/2m     v=qBr/m
  بايد توجه داشت براي اينکه دو ترونها داراي انرژي ۱۰ مگاولت شوند مجبورند۱۰۰بار تحت پتانسيل ۱۰۰هزار
 ولت نوسانگر الکتريکي در ميدان مغناطيسي دوران نمايندو ميدان مغناطيسي Bبايد به اندازه اي باشد که
بسامد نوسانگر الکتريکيf0 با بسامدطبيعي دوترون چرخندهf برابر باشد تا بدين ترتيب پديده تشديد داشته باشيم
تا انرژي دوترون افزايش يابد بسامد زاويهاي دوران دوتروناز رابطه زير بدست مي آيد.

 
 
                    
              5)