Questo acceleratore, a campo di guida B fisso e a modulazione di frequenza del campo elettrico periodico, è stato studiato per potere accelerare i protoni (e gli ioni leggeri) nella zona di energia relativistica: in una gamma di energia fino a 200 MeV per studi nucleari (diffusione nucleone-nucleone) e in una gamma da 400 a 700 MeV per la produzione di mesoni e lo studio delle interazioni mesoniche. Per particelle di queste energie
, a causa dell'aumento della massa, la frequenza di rotazione f delle particelle diminuisce all' aumentare dell' energia cinetica (c indica la velocità della luce; q, m0 carica e massa a riposo della particella).Secondo il principio di stabilità di fase si può mantenere il sincronismo di fase tra il moto della particella e il campo elettrico acceleratore diminuendo periodicamente la frequenza dell'oscillatore.
Ne risulta un fascio impulsato assai breve il cui periodo di ripetizione è dato dal periodo della modulazione di frequenza.
STORIA
Il primo sincrociclotrone fu sperimentato da Lawrence nel 1946.
Si modificò il ciclotrone esistente di 184 pollici modulando la frequenza dell' oscillatore per mezzo di un condensatore variabile rotativo e si ottennero deutoni di 190 MeV e particelle alfa di 380 MeV.
Nei sincrociclotroni
successivi si mantenne la struttura generale del ciclotrone con leggere modifiche consistenti nella soppressione di un D (la tensione a radiofrequenza è applicata tra l'unico D e la parete della camera a vuoto) e nell' aggiunta di un dispositivo di deflessione magnetica per l' estrazione del fascio.APPLICAZIONI
Il diametro delle espansioni polari aumenta pressoché linearmente con l' energia (il volume e la massa del magnete risultano quindi proporzionalial cubo dell'energia) e raggiunge circa 5 metri nei grandi sincrociclotroni.
Si presenta così un limite, d'ordine economico, vicino a 1 GeV dovuto anche al fatto che l'utilizzazione della modulazione di frequenza e la difficoltà di estrazione del fascio limitano l'intensità di quest' ultimo: a 0,52 mA per il fascio interno e a solo qualche nA per il fascio estratto.
I tre più grandi sincrociclotroni sono quelli di Berkeley in California (750 MeV), del centro di Dubna in
prossimità di Mosca (680 MeV) e del C.E.R.N. a Ginevra (600 MeV).Dal 1976 ha cominciato a funzionare, presso Zurigo, nel centro di ricerche svizzere (SIN), un sincrociclotrone di alta intensità che accelera ioni leggeri con intensità di fascio che hanno già raggiunto i 100 mA.