السيكلوترون

إن كثيراً مما نعرفه عن تركيب النواة الذرية قد تحقق عن طريق قذف هذه النوى بأيونات او إلكترونات أو بروتونات ذات طاقات عالية جداً. وعندما "نشق" نواة بمثل هذه القذائف فإننا نحصل بذلك على بعض تفاصيل تركيبها الداخلي. ويعتبر السيكلوترون واحداً من الأجهزة المبكرة المستخدمة للحصول على طاقات عالية للغاية للجسيمات ، وذلك باستخدام مجالات مغناطيسية للتحكم في مساراتها. وقد تم صنع هذا الجهاز على يدي إ. أ. لورانس في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي عام 1930 وقد بلغ من أهمية السيكلوترون كأداة فعالة في البحوث ، أن منح لورانس جائزة نوبل في الفيزياء عام 1930.

الشكل (1)

ويوضح الشكل ((1 العناصر الأساسية للسيكلوترون ، وكما هو الحال في مطياف الكتلة فإن هناك مجالاً مغناطيسياً متعامداً مع المنطقة التي تتحرك فيها الجسيمات المشحونة. وتتحرك الجسيمات في مسارات دائرية في غرفة مفرغة داخل قطبين على شكل D (لذا يسميان باسمه) وتفصلهما فجوة صغيرة. وفي تجربة نموذجية ، تنطلق البروتونات من المصدر s بالقرب من مركز الفجوة الواقعة بين القطبين. ومثلما يحدث في مطياف الكتلة ، فإن فرقاً للجهد بين القطبين يقوم بتعجيل البروتونات نحو أحد القطبين. وبمجرد دخول البروتون إلى داخل القطب "دي" فإنه "يبحر" في دائرة ويخرج من القطب في نفس اللحظة تماماً التي ينعكس فيها الجهد فيتعرض البروتون للتعجيل ( التسارع) من جديد ، فيدخل إلى القطب (الدى) المقابل بسرعة أكبر. ويدور في دائرة أكبر. وبتكرر هذا المشهد مرات ومرات وفي كل مرة يعجل البروتون إلى سرعات أكبر فأكبر وفي النهاية تحرف البروتونات عند محيط السيلكوترون على هيئة حزمة ذات طاقة عالية مسددة نحو هدف محدد.

ويمكن حجر الزاوية في هذا الجهاز في حقيقة أن الزمن الذي يستغرقه جسيم مشحون ليدور مرة واحدة في مسار الدائرة لا يعتمد على سرعة الجسيم ولا على نصف قطر المسار. ومن السهل إثبات ذلك ، فالزمن الدوري  T هو

أما التردد f الذي هو 1/T ،