Siklotron dibuat oleh Ernest Lawrence, dengan bantuan walinya, Stanley Livingston, pada tahun 1929-1930. Siklotron dikembangkan untuk menghasilkan aliran atom atau inti bermuatan listrik yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi. Ini terdiri dari selungkup yang dievakuasi yang terletak di antara potongan kutub datar melingkar dari elektromagnet besar
Di dalam selungkup ini ada dua ‘dee’, agak seperti dua bagian dari kaleng cat datar tertutup yang telah dibagi sepanjang diameter, yaitu berbentuk seperti huruf D. Medan listrik bolak-balik diatur antara dees, dan atom bermuatan dilepaskan di antara mereka.
Medan listrik mempercepat setiap ion ke kecepatan tinggi, dan setelah ion melewati daerah antara pelat, ia memasuki dee itu sendiri di mana tidak ada medan listrik tetapi di mana medan magnet menyebabkannya bergerak dalam jalur melingkar tentang sumbu potongan kutub magnet. Setelah melintasi setengah lingkaran, atom itu kembali berada di ruang antara pelat, dan jika medan listrik sekarang dibalik, atom tidak terbelakang, tetapi lebih dipercepat.
Sekarang ia melintasi setengah lingkaran lain dengan jari-jari yang lebih besar karena kecepatannya yang meningkat, kembali ke ruang antara pelat pada saat medan listrik telah dibalik lagi, dan Waktu untuk melintasi satu setengah lingkaran hanya bergantung pada sifat partikel. dan medan magnet (tetap). Dengan cara ini kecepatan aliran atom bermuatan secara bertahap dibangun sampai kecepatannya sangat besar, dan mereka bergerak di dekat tepi selungkup melingkar. Aliran dibiarkan atau menyebabkan pingsan pada satu titik di dekat tepi, dan jatuh pada target bahan yang sesuai. Siklotron dapat digunakan untuk menghasilkan proton dengan energi hingga sekitar 10 untuk diameter potongan kutub sekitar 60 inci, tanpa kesulitan yang tidak semestinya.
Di dekat energi ini, peningkatan relativistik massa partikel yang dipercepat menjadi signifikan dan partikel yang lebih cepat keluar dari langkah dengan partikel yang lebih lambat. Waktu untuk melintasi satu setengah lingkaran adalah wmf He, di mana m adalah massa dan e muatan partikel, dan H medan magnet, dan jelas bergantung pada tn. Mesin telah dirancang untuk mengatasi kesulitan ini menggunakan medan magnet yang bervariasi bersama dengan frekuensi medan listrik.
Frekuensi Siklotron
Sangat sederhana untuk menunjukkan bahwa periode gerak melingkar sebuah muatan dalam medan magnet tidak bergantung pada jari-jari lintasan. Untuk ini, langkah-langkah berikut diikuti.
- -Kecepatan partikel dapat dinyatakan sebagai fungsi periode T dari gerak melingkarnya
dengan ekspresi v = 2pr / T
- – Kita dapat menyimpulkan ekspresi lain dari v dengan mempertimbangkan bahwa gaya magnet yang bekerja pada beban F = qvB adalah gaya sentripetal F = mv2 / r dari gerakan melingkar yang dijelaskannya. Didapatkan v = rqB / m
- – Menyamakan kedua ekspresi kecepatan dapat menghapus periode T = 2 pm/qB.
Ketergantungan tidak muncul dengan radio. Hasil ini penting karena merupakan dasar pengoperasian siklotron.
Fungsi Siklotron
Siklotron menggunakan medan magnet konstan dan medan listrik frekuensi konstan untuk mempercepat partikel. Ketika partikel – dalam hal ini, proton – dipercepat, mereka bergerak dalam jalur spiral. Setiap kali partikel menyelesaikan satu putaran, kecepatannya meningkat, bahkan mendekati kecepatan cahaya. Sebuah siklotron mampu berakselerasi hingga mencapai energi tinggi, tanpa memerlukan tegangan tinggi.