Cíclotron

Ímã do primeiro cíclotron belga (1947).

Luz emitida em decorrência da ionização do ar por um feixe de íons no cíclotron do Lawrence Berkeley National Laboratory.

Nafísica de partículas,cíclotron^{(português brasileiro)}ouciclotrão^{(português europeu)}é umequipamentono qual um feixe departículassofre a ação de umcampo elétricocom uma frequência alta e constante e umcampo magnéticoperpendicular estático. Foi inventado em1929porErnest Lawrenceque o usou em experimentos com partículas com 1MeV(Um Mega elétron-Volt).

Configuração

O cíclotron possui doiseletrodosocos que têm a forma de uma letra D.Sua montagem é numa câmara devácuoentre ospolosde umeletromagneto.Osprótons,dêuterons(Núcleo de um átomo dedeutério,constituído por um próton e umnêutron), começam a se locomover no interior dos eletrodos em forma de D.

Aceleração

No início da locomoção, é injetada umadiferença de potencialalternada dealta frequênciaepotêncianos eletrodos ( "Dês" ) cujafrequênciade ressonância é próxima à da circulação iônica, produzindo assim saltos de aumento develocidade.Cada vez que as partículas passam de um elétrodo para o outro subsequente estas adquirem uma trajetória em forma de espiral.

Em seguida ocorre com aspartículasuma trajetória em forma hipóide, ou de semicírculos, cujos raios são crescentes havendo então uma perda do foco do feixe.

Focalização e correção da trajetória

Devido à perda de foco, é necessário um sistema de "focalização" para forçar osíons^(pt-BR)ouiões^(pt-PT?)numatrajetóriapré determinada (Bobinascolimadoras), evitando assim a perda iônica por espiralamento.

Bobinas colimadoras causam uma repolarização forçada através da variação radial negativa docampo magnético,assim, haverá sobre a partícula uma pequena componente perpendicular ao plano do movimento de aceleração. O efeito manterá a trajetória da partícula estável não permitindo a perda desta para fora do acelerador. Essa componente de correção é primordial, pois a trajetória total da partícula muitas vezes chega a centenas de metros e, conforme o caso, milhares.

Aumento de massa e o efeito relativístico

A correção de trajetória pela focalização do feixe iônico somado ao efeito relativístico causa um aumento de massa nas partículas, pois é sabido que ao se aumentar a energia acaba havendo o surgimento de uma diferença entre a freqüência de oscilação do potencial acelerador e a freqüência de circulação da partícula no segmento da sua trajetória. Este efeito gera um erro inflacionário, que aumenta a cada volta, limitando assim a energia máxima da partícula.

Resolução para diminuir o erro inflacionário

Para resolver o problema do erro exponencial, ou inflacionário, é necessário variar a frequência aplicada aos elétrodos em forma de D, assim pode-se alterar a focalização iônica através da variação dos campos magnéticos sobre as partículas. Para tal, foi desenvolvido um equipamento chamadosincrocíclotroncuja construção foi possível porque existem órbitas estáveis onde a freqüência de revolução é igual à freqüência da diferença de potencial aplicada aos elétrodos.

Ver também

• Acelerador de partículas
• Sincrocíclotron.
• Synchrotron.
• PET (exame médico)