Циклотрон

Схема принципа действия циклотрона из поданного Лоуренсом патента Циклотрон 1939 Циклотрон – циклический ускоритель тяжелых заряженных частиц.
Циклотрон позволяет ускорять ионы без применения источников высокого напряжения за счет многократного попадания частиц в область ускорения.
Циклотрон состоит из двух полостей – дуантив, между которыми приложено высокочастотное электрическое поле. Внутри дуантив электрического поля нет, зато есть сильное магнитное поле, созданное мощными магнитами. Источник ионов расположено в центре. Внутри дуантив ионы движутся по кругу, радиус которого определяется их скоростью. В промежутке между дуантамы ионы попадают в электрическое поле, которое меняется с такой частотой, чтобы каждый раз ускорять частицы. При увеличении скорости частиц увеличивается их циклотронный радиус, то есть частицы, ускоряясь, отдаляются от центра к периферии. На внешнем радиусе циклотрона, там, где частицы имеют наибольшую энергию, устанавливаются мишени.
Циклотрон может ускорять лишь нерелятивистскую частицы, т.е. такие, энергия которых мала по сравнению с собственной массой покоя. Для ускорения электронов он не годится, поскольку масса покоя электрона равна примерно 0,5 МэВ.
Причина такого ограничения в том, что при увеличении энергии иона возрастает его масса. В таком случае уменьшается циклотронная частота частицы и она уже не попадает в фазу с изменением электрического поля, совершив полуоборота. Для преодоления этого ограничения сконструированы другие ускорители, например, Фазотрон, изохронная циклотроны т.п., в которых напряженность магнитного поля или частота изменения электрического поля меняется от центра к периферии.
Первый циклотрон сконструировал в 1929 году Эрнест Лоуренс в Университете Беркли, Калифорния, за что в 1939 году был награжден Нобелевской премией по физике.