# Ciklotron

### A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A ciklotron olyan részecskegyorsító, amelyben töltött részecskék (pl. protonok, ionok) mágneses tér hatására spirális pályán haladnak belülről kifelé. Minden egyes körbefordulás során a váltóáram elektromos tere kétszer gyorsít a részecskén, egyre nagyobb sugarú körpályára juttatva azt.

A ciklotron elvét Gaál Sándor magyar fizikus fedezte fel, 1929-es leírása azonban szerencsétlen véletlen folytán publikálatlan maradt és ezért a magyar (és a román) szakirodalmon kívül a világban – helytelenül – Ernest Lawrence-nek tulajdonítják az elsőséget. Magát az első ciklotront Lawrence és hallgatója Stanley Livingston fejlesztette ki 1930 és 1932 között.[1] Többek között a rák kezelésére használják.

A relativisztikus tömegnövekedést korlátozza a maximális részecskeenergiát, a tömegnövekedés kompenzálására fejlesztették ki a szinkrociklotront és az izokrón ciklotront, melyekről szintén ebben a szócikkben van szó.

## [szerkesztés] Felépítése

A ciklotron felépítése

Egy elektromágnes pólusai között lapos kerek vákuumkamra található. A vákuumkamrában található két D alakú rész (dék) két üreges fémből van, amelyen belül a töltött részecskék mozognak. Az ionforrásból jön ki a részecske, amely a mágneses tér miatt körpályán mozog. Olyan frekvenciával változtatják az elektromos teret a két D között, hogy a részecskét mindig gyorsítsa, amikor áthalad rajta. Végül egy megfelelő töltésű lemez segítségével a részecskét kihúzzák a gyorsítóból további felhasználásra.

Amíg nincs jelentős relativisztikus tömegnövekedés, addig állandó frekvenciájú váltóáram megfelelő a gyorsításhoz, a frekvencia független a sebességtől: ez az úgynevezett ciklotronfrekvencia.

## [szerkesztés] A ciklotron matematikai leírása

A ciklotron D alakú részei
Az előző ciklotron mágnesrésze

A B mágneses tér szolgáltatja a centripetális erőt. Mivel a részecske erre merőlegesen mozog, ezért ennek értéke Bqv. Tehát

(ahol m a részecske tömege, q a töltése, v a sebessége és r a pályasugara).

Ebből

v/r egyenlő az ω szögsebességgel, így

A frekvencia pedig

tehát,

## [szerkesztés] A ciklotron továbbfejlesztett változatai

Ebből látható, hogy a frekvencia nem függ a pályasugártól kisebb sebességek esetén. Fénysebesség közeli sebességek esetén azonban a tömeg növekszik, így a frekvencia lecsökken. Ennek ellensúlyozására kétféle megoldás született:

- szinkrociklotronok: Ebben a gyorsító tér frekvenciát megfelelően csökkentik az időben. Hátránya, hogy nem gyorsíthatunk újabb részecskecsomagot, amíg az előzőt fel nem gyorsítottuk, ezért kicsi a nyalábáram. További elnevezései frekvenciamodulált (FM) ciklotron, fazotron.
- izokrón ciklotron: Egy másik kézenfekvőnek látszó módszer, a mágneses tér időbeli vagy sugármenti növelése, nem egyszerűen járható, mert alapesetben a nyaláb pályára merőleges (vertikális) szétszóródását (divergenciáját) vonja maga után (mágneses térindex). L. H. Thomas mutatta ki 1938-ban, hogy ezen a mágneses tér speciális elrendezésével ellensúlyozni lehet. [2] Ezt használják ki az izokrón ciklotronok. További elnevezései relativisztikus ciklotron, azimutálisan váltakozó terű (AVF), szektorfókuszált ciklotron (SFC)

típus | max. végenergia (MeV) | nyalábáram | max átmérő / mágnestömeg | felhasználás
--- | --- | --- | --- | ---
ciklotron | 20 MeV (proton) 40 MeV (deuteron) | 500 μA | 2m / 300 t |
szinkrociklotron | 600-800 MeV (proton) | pár μA | 4 m / 4000 t | először hoztak létre vele mesterségesen mezonokat
izokrón ciklotron | >600 MeV (proton) | 50 μA |  | neutronhiányos izotópok termelése (a neutronfeleslegeseké rektorokban), magspektroszkópia, magreakciók tanulmányozása

## [szerkesztés] Külső hivatkozás

- Berényi Dénes: A magyar ciklotron (Fizikai Szemle, 1996/10.)

A lap eredeti címe "http://hu.wikipedia.org../../../c/i/k/Ciklotron.html"

Kategória: Gyorsítófizika

##### Views

- Szócikk
- Vitalap
- Aktuális változat

##### Keresés

##### Más nyelveken

- English
- Česky
- Deutsch
- Español
- Français
- עברית
- Italiano
- Nederlands
- Polski
- Português
- Русский
- Српски / Srpski
- Svenska
- اردو