Cyclotron

Schrijver: Leandro Alegsa

28-02-2021

Een cyclotron is een type deeltjesversneller die in 1930 werd uitgevonden door Ernest Lawrence van de universiteit van Californië, Berkeley. Hij versnelt geladen deeltjes door ze in een cirkel rond te draaien. De eerste cyclotrons hadden de grootte van een hand. Sommige moderne cirkelvormige versnellers gebruiken een cirkel zo groot als een stad.

Cyclotrons maken gebruik van een loodrecht magnetisch veld om elektronen en deeltjes door een toegepast elektrisch veld om te buigen in een halfcirkelvormige baan. Het elektrische veld versnelt de elektronen tussen de "D"-elektroden (ook wel "dees" genoemd) van het magnetische veldgebied.

Het versnellende elektrische veld keert zich om juist op het moment dat de elektronen hun halve cirkel voltooien, zodat het hen over de kloof versnelt. Met een hogere snelheid bewegen ze in een grotere halve cirkel. Na dit proces verschillende malen te hebben herhaald, komen ze met een hoge snelheid uit de uittredepoort.

Een modern Cyclotron voor bestralingstherapie

Cyclotron Frequentie

Een bewegende lading in een cyclotron zal zich onder invloed van een constant magnetisch veld in een cirkelvormige baan verplaatsen. Als de tijd om een baan te voltooien wordt berekend:

T = 2 π r v = 2 π m v q B v = 2 π m q B {Displaystyle T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}} $T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}$ .

Men heeft ontdekt dat de periode onafhankelijk is van de straal. Indien dus een blokgolf wordt toegepast met een hoekfrequentie qB/m, zal de lading naar buiten spiraliseren, waarbij de snelheid toeneemt.

Wanneer een blokgolf met hoekfrequentie ω=qB/m wordt toegepast tussen de twee zijden van de magnetische polen, zal de lading op precies het juiste moment weer worden opgevoerd om haar over de kloof te versnellen. De constante cyclotronfrequentie kan dus de lading blijven versnellen (zolang deze niet relativistisch is).

Vragen en antwoorden

V: Wat is een cyclotron?

A: Een cyclotron is een soort deeltjesversneller die geladen deeltjes versnelt door ze in een cirkel te laten wervelen.

V: Wie heeft de cyclotron uitgevonden?

A: Ernest Lawrence, van de Universiteit van Californië, Berkeley, vond de cyclotron uit in 1930.

V: Hoe werkt een cyclotron?

A: Cyclotrons gebruiken een loodrecht magnetisch veld om elektronen en deeltjes door een toegepast elektrisch veld in een halfronde baan te buigen. Het toegepaste elektrische veld versnelt elektronen tussen de "D"-elektroden (ook wel "dees" genoemd) van het magneetveldgebied. Het versnellende elektrische veld keert om net op het moment dat de elektronen hun halve cirkel afmaken, zodat het hen over de kloof versnelt. Met een hogere snelheid bewegen zij zich in een grotere halve cirkel. Na dit proces verscheidene keren te hebben herhaald, komen zij met hoge snelheid uit de uitgangspoort.

V: Hoe groot waren de vroege cyclotrons?

A: De vroege cyclotrons hadden de grootte van een hand.

V: Hoe groot zijn moderne cirkelversnellers?

A: Sommige moderne cirkelversnellers gebruiken een cirkel zo breed als een stad.

V: Wat voor soort veld wordt gebruikt in cyclotrons?

A: Cyclotrons gebruiken een loodrecht magnetisch veld om elektronen en deeltjes door een toegepast elektrisch veld in een halfronde baan te buigen.

V: Hoe worden elektronen in een cyclotron versneld?

A: Elektronen worden versneld tussen de "D"-elektroden (ook "dees" genoemd) van het magneetveldgebied door een toegepast elektrisch veld.