Cyclotron

Auteur: Leandro Alegsa

09-05-2021

Un cyclotron est un type d'accélérateur de particules inventé par Ernest Lawrence de l'Université de Californie, Berkeley en 1930. Il accélère les particules chargées en les faisant tourner en cercle. Les premiers cyclotrons avaient la taille d'une main. Certains accélérateurs circulaires modernes utilisent un cercle aussi large qu'une ville.

Les cyclotrons utilisent un champ magnétique perpendiculaire pour faire passer les électrons et les particules dans une trajectoire semi-circulaire grâce à un champ électrique appliqué. Le champ électrique appliqué accélère les électrons entre les électrodes "D" (également appelées "dees") de la région du champ magnétique.

Le champ électrique en accélération s'inverse juste au moment où les électrons terminent leur demi-cercle, de sorte qu'il les accélère à travers l'espace. Avec une vitesse plus élevée, ils se déplacent dans un demi-cercle plus grand. Après avoir répété ce processus plusieurs fois, ils sortent de l'orifice de sortie à une vitesse élevée.

Un cyclotron moderne pour la radiothérapie

Fréquence du cyclotron

Une charge mobile dans un cyclotron se déplace sur une trajectoire circulaire sous l'influence d'un champ magnétique constant. Si l'on calcule le temps nécessaire pour effectuer une orbite :

T = 2 π r v = 2 π m v q B v = 2 π m q B {\displaystyle T={\frac {2\pi r}{v}}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}}={\frac {2\pi m}{qB}}} $T={\frac {2\pi r}{v}}={\frac {2\pi mv}{qBv}}={\frac {2\pi m}{qB}}$ .

On constate que la période est indépendante du rayon. Par conséquent, si une onde carrée est appliquée à la fréquence angulaire qB/m, la charge s'enroulera en spirale vers l'extérieur, augmentant ainsi sa vitesse.

Lorsqu'une onde carrée de fréquence angulaire ω=qB/m est appliquée entre les deux côtés des pôles magnétiques, la charge sera à nouveau stimulée au bon moment pour l'accélérer à travers l'entrefer. Ainsi, la fréquence constante du cyclotron peut continuer à accélérer la charge (tant qu'elle n'est pas relativiste).

Questions et réponses

Q : Qu'est-ce qu'un cyclotron ?

R : Un cyclotron est un type d'accélérateur de particules qui accélère les particules chargées en les faisant tourner en cercle.

Q : Qui a inventé le cyclotron ?

R : Ernest Lawrence, de l'Université de Californie à Berkeley, a inventé le cyclotron en 1930.

Q : Comment fonctionne un cyclotron ?

R : Les cyclotrons utilisent un champ magnétique perpendiculaire pour plier les électrons et les particules dans une trajectoire semi-circulaire grâce à un champ électrique appliqué. Le champ électrique appliqué accélère les électrons entre les électrodes "D" (également appelées "dees") de la région du champ magnétique. Le champ électrique accélérateur s'inverse juste au moment où les électrons terminent leur demi-cercle, de sorte qu'il les accélère au-delà de l'espace. Avec une vitesse plus élevée, ils se déplacent dans un demi-cercle plus large. Après avoir répété ce processus plusieurs fois, ils sortent de l'orifice de sortie à grande vitesse.

Q : Quelle était la taille des premiers cyclotrons ?

R : Les premiers cyclotrons avaient la taille d'une main.

Q : Quelle est la taille des accélérateurs circulaires modernes ?

R : Certains accélérateurs circulaires modernes utilisent un cercle aussi large qu'une ville.

Q : Quel type de champ est utilisé dans les cyclotrons ?

R : Les cyclotrons utilisent un champ magnétique perpendiculaire pour plier les électrons et les particules dans une trajectoire semi-circulaire grâce à un champ électrique appliqué.

Q : Comment les électrons sont-ils accélérés dans un cyclotron ?

R : Les électrons sont accélérés entre les électrodes "D" (également appelées "dees") de la région du champ magnétique par un champ électrique appliqué.