Ein Zyklotron ist eine Art Teilchenbeschleuniger, der geladene Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Es wurde 1934 von Ernest Lawrence an der University of California, Berkeley erfunden. Es basiert auf dem Prinzip, dass ein geladenes Teilchen, das sich in einem konstanten und homogenen Magnetfeld bewegt, eine Kreisbewegung ausführt. Die Frequenz dieser Kreisbewegung, die sogenannte Zyklotronfrequenz, hängt nur von der Ladung des Teilchens, der magnetischen Feldstärke und seiner Masse ab, nicht aber von seiner Geschwindigkeit.
Funktionsweise:
Das Zyklotron besteht im Wesentlichen aus zwei D-förmigen, hohlen Metallelektroden, auch "Dees" genannt, die in einem Vakuum angeordnet sind und sich in einem homogenen Magnetfeld befinden, das senkrecht zur Ebene der Dees ausgerichtet ist. In der Mitte zwischen den Dees befindet sich eine Ionenquelle, die geladene Teilchen erzeugt.
Wichtige Komponenten und Prinzipien:
Anwendungen:
Zyklotrone werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt:
Begrenzungen:
Die klassische Zyklotron-Theorie, die besagt, dass die Zyklotronfrequenz konstant ist, gilt nur für Teilchengeschwindigkeiten, die deutlich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegen. Bei relativistischen Geschwindigkeiten nimmt die Masse des Teilchens zu, was zu einer Abnahme der Zyklotronfrequenz führt. Dies begrenzt die maximal erreichbare Energie in einem klassischen Zyklotron. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wurden Synchrozyklotrone entwickelt.
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