ciclotrone
FUNZIONAMENTO
È un acceleratore a
campo di guida B fisso in cui le particelle sono ripetutamente accelerate da un campo elettrico periodico, di frequenza costante, in sincronismo con il moto circolare delle particelle. Per effetto del campo di guida B la traiettoria viene incurvata, il raggio r cresce nel corso dell' accelerazione, mentre si mantiene costante la frequenza di rotazione f.Il ciclotrone è formato da una camera circolare a vuoto spinto in cui sono disposti due elettrodi cavi di rame a forma di D.
Questi elettrodi, che producono l' accelerazione, sono collegati al generatore di tensione a radiofrequenza di 50-200 kV, oscillante tra 10 e 20 MHz.
La camera di accelerazione è posta nel traferro di un elettromagnete che produce il campo di guida verticale.
La sorgente di ioni è collocata tra i D e le particelle ionizzate sono emesse al centro della camera di accelerazione.
Gli ioni prodotti descrivono nel piano mediano degli elettrodi, per effetto del campo magnetico, una traiettoria semicircolare.
Uscendo dal primo D subiscono l' azione del campo elettrico che li accelera verso il secondo D; ne emergono dopo aver percorso un semicerchio e vengono di nuovo accelerati dal campo elettrico, dato il sincronismo tra la frequenza di rotazione e quella con cui varia il campo elettrico.
A ogni passaggio tra gli elettrodi si ha accelerazione con conseguente aumento del raggio dell'orbita e spiralizzazione della traiettoria.
Quando l' orbita raggiunge l'estensione massima consentita dalla geometria dei D un deflettore elettrostatico devia il fascio e lo dirige su un bersaglio all'esterno della camera di accelerazione.
La focalizzazione delle particelle nel piano mediano degli elettrodi
è realizzata dal campo elettrico nella zona centrale dell' orbita e dal campo magnetico nella zona periferica.STORIA
Il principio in base al quale funziona l' acceleratore circolare fu scoperto da E. D. Lawrence nel 1930 a seguito di una pubblicazione di Wideröe sull' acceleratore lineare a impulsi.
La validità di tale principio venne verificata nel primo ciclotrone, costruito da M. S. Livingston sotto la guida di Lawrence nel 1931, che poté accelerare un fascio di ioni H
+2 a 80 keV con una tensione oscillante di soli 2000 volt.APPLICAZIONI
Il ciclotrone, oggi largamente diffuso nei laboratori di fisica nucleare (utilizzato per lo studio delle reazioni nucleari, per l' irraggiamento e la produzione di isotopi in chimica nucleare), consente di accelerare fasci di notevole intensità (fino a 1 mA) di protoni, deutoni e altri ioni leggeri.
L' energia massima raggiunta nei grandi ciclotroni è di 22 MeV per i protoni e di 24 MeV per i deutoni. Per energie maggiori intervengono effetti relativistici (quale l' aumento della massa delle particelle previsto dalla teoria della relatività) che fanno variare la frequenza di rotazione, distruggendo il sincronismo con il campo elettrico
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