Ciclotrone

Autore: Leandro Alegsa

28-02-2021

Un ciclotrone è un tipo di acceleratore di particelle inventato da Ernest Lawrence dell'Università della California, Berkeley nel 1930. Accelera particelle cariche facendole turbinare in un cerchio. I primi ciclotroni avevano le dimensioni di una mano. Alcuni acceleratori circolari moderni usano un cerchio largo quanto una città.

I ciclotroni usano un campo magnetico perpendicolare per piegare elettroni e particelle in un percorso semicircolare tramite un campo elettrico applicato. Il campo elettrico applicato accelera gli elettroni tra gli elettrodi "D" (chiamati anche "dees") della regione del campo magnetico.

Il campo elettrico accelerante si inverte proprio nel momento in cui gli elettroni finiscono il loro mezzo cerchio, in modo da accelerarli attraverso la fessura. Con una velocità maggiore, si muovono in un semicerchio più grande. Dopo aver ripetuto questo processo diverse volte, escono dalla porta di uscita ad alta velocità.

Un moderno Ciclotrone per la radioterapia

Frequenza del ciclotrone

Una carica in movimento in un ciclotrone si muoverà in un percorso circolare sotto l'influenza di un campo magnetico costante. Se si calcola il tempo per completare un'orbita:

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

Si scopre che il periodo è indipendente dal raggio. Quindi se un'onda quadra viene applicata alla frequenza angolare qB/m, la carica si muoverà a spirale verso l'esterno, aumentando la velocità.

Quando un'onda quadra di frequenza angolare ω=qB/m viene applicata tra i due lati dei poli magnetici, la carica sarà nuovamente spinta al momento giusto per accelerarla attraverso la lacuna. Così la frequenza costante del ciclotrone può continuare ad accelerare la carica (purché non sia relativistica).

Domande e risposte

D: Che cos'è un ciclotrone?

R: Il ciclotrone è un tipo di acceleratore di particelle che accelera le particelle cariche facendole vorticare in un cerchio.

D: Chi ha inventato il ciclotrone?

R: Ernest Lawrence, dell'Università della California, Berkeley, ha inventato il ciclotrone nel 1930.

D: Come funziona un ciclotrone?

R: I ciclotroni utilizzano un campo magnetico perpendicolare per piegare gli elettroni e le particelle in un percorso semicircolare mediante un campo elettrico applicato. Il campo elettrico applicato accelera gli elettroni tra gli elettrodi "D" (chiamati anche "dees") della regione del campo magnetico. Il campo elettrico accelerante si inverte proprio nel momento in cui gli elettroni terminano il loro semicerchio, in modo da accelerarli attraverso il divario. Con una velocità maggiore, si muovono in un semicerchio più ampio. Dopo aver ripetuto questo processo diverse volte, escono dalla porta di uscita ad alta velocità.

D: Quali sono le dimensioni dei primi ciclotroni?

R: I primi ciclotroni avevano le dimensioni di una mano.

D: Quanto sono grandi gli acceleratori circolari moderni?

R: Alcuni acceleratori circolari moderni utilizzano un cerchio largo quanto una città.

D: Che tipo di campo viene utilizzato nei ciclotroni?

R: I ciclotroni utilizzano un campo magnetico perpendicolare per piegare gli elettroni e le particelle in un percorso semicircolare mediante un campo elettrico applicato.

D: Come vengono accelerati gli elettroni in un ciclotrone?

R: Gli elettroni vengono accelerati tra gli elettrodi "D" (chiamati anche "dees") della regione del campo magnetico da un campo elettrico applicato.