Работа учениц 11» А» Дамаскиной Дианы и Черновой Вероники
Что такое циклотрон Циклотрон — резонансный циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.
Принцип действия циклотрона В зазор электромагнита помещают два металлических электрода. На эти электроды, названные дуантами из-за сходства их формы с заглавной латинской буквой "D", подается напряжение от генератора высокой частоты. Вблизи центра магнита в промежутке между дуантами располагается источник положительно заряженных ионов. Вся система из электродов и ионного источника помещается в вакуумную камеру, из которой воздух откачивается до давления 10 -5 мм рт. ст. Ион, вылетевший из источника в то время, когда электрод I имеет отрицательный потенциал, ускорится в промежутке между дуантами и попадает в полость дуанта. В ней ион опишет полуокружность постоянного радиуса, так как в полости дуанта поле отсутствует. Если частота генератора выбрана правильно, то к моменту выхода иона из полости I направление электрического поля изменится на обратное. Поэтому ион вновь ускорится и внутри полости дуанта II опишет окружность уже большего радиуса. Например
Качели с сидящим в них ребенком раскачивает человек, стоящий на земле. Каждый раз, когда качели пролетают мимо него, человек подталкивает их, сообщая дополнительную скорость. Хотя качели поднимаются с каждым разом все выше и выше, они проходят свою нижнюю точку почти через одинаковые промежутки времени. Действия человека в этом примере аналогичны действию высокочастотного генератора циклотрона, сообщающего порциями энергию потоку ионов. Процесс ускорения будет продолжаться до тех пор, пока частицы не достигнут края полюсов магнита. На пути потока помещают мишень, попадая на которую ионы вызывают ядерную реакцию. Чаще пучок ускоренных частиц выводят из камеры посредством отклоняющего электрода. На этот электрод, расположенный у края камеры, подается высокий отрицательный потенциал. Под действием электрического поля пучок ускоренных ионов изменяет свою траекторию, выходит из камеры через окошко, закрытое тонкой фольгой, и попадает на мишень.
Движение заряженной частицы в постоянном магнитном поле В постоянном магнитном поле заряженная частица движется по окружности постоянного радиуса, если ее скорость и масса остаются неизменными. В этом случае на частицу действуют две равные по величине и обратные по направлению силы. Во-первых, сила Лоренца Fл направленная по радиусу к центру окружности, что не трудно проверить, пользуясь известным правилом левой руки и во-вторых, центробежная сила Fц. Так как обе силы направлены перпендикулярно к скорости движения, то работы они не совершают, и движение, в идеальном случае, будет происходить бесконечно долго. Что же произойдет, если частице будет каким-либо путем сообщена энергия? В этом случае радиус ее вращения увеличится.
Ионный источник Очень важной частью ускорителя является источник ионов. Ведь именно его эффективность определяет основной показатель установки - интенсивность пучка ускоренных частиц. Ионный источник циклотрона представляет собой небольшую металлическую полость, внутрь которой при давлении, примерно в 100 раз большем, чем давление в камере, поступает водород, дейтерий или гелий, в зависимости от того, какие ионы ускоряются в циклотроне. Внутри полости происходит дуговой разряд. Ионы извлекаются из столба ионизации и ускоряются высокочастотным полем дуантов. Подобный источник может создать ионный ток в несколько миллиампер.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Скачать презентацию Работа учениц 11 А Дамаскиной Дианы и Черновой
Циклотрон 2010.pptx