Ciclotrón

Autor: Leandro Alegsa

20-12-2021

Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas inventado por Ernest Lawrence de la Universidad de California, Berkeley, en 1930. Acelera las partículas cargadas haciéndolas girar en un círculo. Los primeros ciclotrones tenían el tamaño de una mano. Algunos aceleradores circulares modernos utilizan un círculo tan ancho como una ciudad.

Los ciclotrones utilizan un campo magnético perpendicular para desviar los electrones y las partículas en una trayectoria semicircular mediante un campo eléctrico aplicado. El campo eléctrico aplicado acelera los electrones entre los electrodos "D" (también llamados "dees") de la región del campo magnético.

El campo eléctrico acelerador se invierte justo en el momento en que los electrones terminan su semicírculo, de modo que los acelera a través del hueco. Con una mayor velocidad, se mueven en un semicírculo mayor. Tras repetir este proceso varias veces, salen por el orificio de salida a gran velocidad.

Frecuencia del ciclotrón

Una carga en movimiento en un ciclotrón se desplazará en una trayectoria circular bajo la influencia de un campo magnético constante. Si se calcula el tiempo para completar una órbita:

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

Se comprueba que el periodo es independiente del radio. Por lo tanto, si se aplica una onda cuadrada con una frecuencia angular qB/m, la carga saldrá en espiral, aumentando su velocidad.

Cuando se aplica una onda cuadrada de frecuencia angular ω=qB/m entre los dos lados de los polos magnéticos, la carga volverá a ser impulsada en el momento justo para acelerarla a través de la brecha. Así, la frecuencia constante del ciclotrón puede seguir acelerando la carga (siempre que no sea relativista).

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es un ciclotrón?

R: Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas que acelera las partículas cargadas haciéndolas girar en círculo.

P: ¿Quién inventó el ciclotrón?

R: Ernest Lawrence, de la Universidad de California, Berkeley, inventó el ciclotrón en 1930.

P: ¿Cómo funciona un ciclotrón?

R: Los ciclotrones utilizan un campo magnético perpendicular para desviar los electrones y las partículas a través de una trayectoria semicircular mediante un campo eléctrico aplicado. El campo eléctrico aplicado acelera los electrones entre los electrodos "D" (también llamados "dees") de la región del campo magnético. El campo eléctrico acelerador se invierte justo en el momento en que los electrones terminan su semicírculo, de modo que los acelera a través del hueco. Con una velocidad mayor, se mueven en un semicírculo mayor. Tras repetir este proceso varias veces, salen por el orificio de salida a gran velocidad.

P: ¿Cuál es el tamaño de los primeros ciclotrones?

R: Los primeros ciclotrones tenían el tamaño de una mano.

P: ¿Qué tamaño tienen los aceleradores circulares modernos?

R: Algunos aceleradores circulares modernos utilizan un círculo tan ancho como una ciudad.

P: ¿Qué tipo de campo se utiliza en los ciclotrones?

R: Los ciclotrones utilizan un campo magnético perpendicular para desviar electrones y partículas en una trayectoria semicircular mediante un campo eléctrico aplicado.

P: ¿Cómo se aceleran los electrones en un ciclotrón?

R: Los electrones se aceleran entre los electrodos "D" (también llamados "dees") de la región del campo magnético mediante un campo eléctrico aplicado.