사이클로트론

사이클로트론

1. 자기장 에서 속도 를 가진 전하(q)에 대한 자기력 는 이다.

2. 자기력은 속도 와 자기장 둘 다에 수직이다.

3. 자기력에 의한 일률은 이다. 즉, 자기력은 입자의 운동에너지를 변화시키지

않는다. 그것은 단지 입자 속도의 방향만을 바꾼다.

4. 만약, 속도가 자기장의 방향과 같으면, 전하에 어떠한 자기력도 작용하지 않는다.

5. 일정한 자기장 속을 움직이는 전하에 대해, 속도는 로 나타낼 수 있다.

는 속도 의 B방향의 성분.

입자는 과 에 의해 만들어진 평면에서 원형으로 를 따라 움직일 수 있다.

결과적으로 형성된 궤적은 방향의 축으로 나선모양을 그린다.

R은 반경.

운동량은 이다.

그리고, 원운동의 각속도는 입자의 속도에 독립적으로 이다.

( 은 사이클로트론 진동수)

이 애플릿은 사이클로트론의 위 부분을 본 것이다.

디이(dees; 반원형의 전극)라고 하는 두 개의 D자 모양을 하고 있는 물체가 동판으로 구성되어 있고,

전기 진동기의 부분을 형성하다. 두 디이 사이의 틈새에 걸쳐서 가속 전위를 만드는 것이 전기

진동기의 역할이다.

디이는 들어 가는 방향의 자기장안에 잠겨져 있다. 이 자기장은 대형 전자석이 만든다. 최종으로,

이온이 운동하는 공간은 진공으로 되어 있다.(만약 진공이 아니면 , 이온들이 공기 분자와 연속적으로 충돌)

먼저, 사이클로트론 중앙 가까이의 파란점으로부터 (-)디이쪽으로 움직이는 양성자를 생각해 보자.

그것은 디이쪽으로 가속되어서 내부로 들어 간다. 일단 내부로 들어가면 디이가 가진 구리벽에 의해

전기장은 이온으로부터 차단된다. 디이에 의해 자기장은 차단되지 않기 때문에 양성자는 원주상의

경로(원운동)를 취하여 움직인다.

양성자가 처음의 디이에서 중앙 틈으로 들어 가려는 순간을 상상하자. 가속 전위의 방향이 바뀐다.

그래서, 양성자는 다시 (-)디이쪽으로 향하고 다시 가속된다.

양성자가 디이의 가장자리까지 나선모양으로 돌며 도달하기까지 이 과정은 계속 된다.

전기 진동기의 진동수는 사이클로트론 진동수와 동일해야 한다. 만약, 두 디이사이의 간격이 매우

작으면 두 진동수는 같다. 만약, 두 디이의 간격이 매우 작지 않으면, 전기 진동기의 진동수를

조정할 필요가 있다.

1. 진동수의 비(진동기 주파수/사이클로트론 진동수)를 집어 넣는다.

(진동수의 비를 바꾼 후 [Enter]키를 누른다.)

2. 전기 진동자의 빨간점을 클릭하여 위/아래로 드래그하면, 진동자의 전압을 바꿀 수 있다.

3. 전하의 속도는 노란선으로 표시 된다.

4. 입자에 작용하는 힘은 빨간선으로 표시 된다.

5. 전하의 Vy-Vx (속도) 또한 우측에 나타난다..

전자에 대하여 : 전하량은 , 질량은 이다.

만약 전자의 에너지가 1eV 이고, 자기장의 세기가 1T(테슬라)일 때

사이클로트론 진동수 (엄청나다!)

전자의 속도는 이다.(엄청 빠르다!)

만약 속도벡터가 자기장과 수직이라면 원운동의 반경은(아주 작다!)

만약 속도벡터가 자기장 방향의 성분을 조금 가진다면(1%라고 하자),

전자는 자기장방향으로 의 속도로 움직인다.

이러한 조건에서 전자가 어떻게 움직일지 그려 보아라!

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