Máy xiclotron Máy xiclotron là loại máy_gia_tốc giúp tăng vận_tốc của hạt mang điện bằng cách kết_hợp điện_trường và từ_trường Đây là loại máy_gia_tốc rất hữu_ích Lịch_sử hình_thành và phát_triển Máy xiclotron cũng như nhiều loại máy_gia_tốc khác ra_đời vì một nhu_cầu nghiên_cứu của các nhà_khoa_học Đó là Để tìm_hiểu cấu_trúc của vật_chất thì cần các hạt có vận_tốc lớn Muốn có chúng thì lại phải làm thế_nào để truyền năng_lượng bằng điện_trường cho chúng Máy xiclotron xuất_hiện từ ý_tưởng của Ernest_Orlando_Lawrence nhà_vật_lý người Mỹ Theo ông máy xiclotron sẽ giúp các hạt mạng điện tăng_tốc bởi cơ_chế phối_hợp của điện_trường và từ_trường Phiên_bản máy xiclotron ra_đời vào năm 1931 Từ khi ra_đời máy đã chứng_tỏ sự hữu_ích của mình Cấu_tạo Máy xiclotron có hai hộp rỗng hình chữ D làm bằng đồng ghép với nhau thành một hình_tròn được đặt trong chân không Hai cạnh thẳng của các hộp ấy không đặt sát nhau hoàn_toàn mà cách nhau một khoảng hẹp Hai hộp được nối với hai cực của nguồn điện có chiều thay_đổi một_cách tuần_hoàn theo thời_gian Vì vây trong khoảng hẹp của chúng có điện_trường luôn thay_đổi một_cách tuần_hoàn Hộp đặt trong từ_trường đều của một nam_châm điện vectơ cảm_ứng từ vuông_góc với mặt hộp Cơ_chế hoạt_động Giả_sử lúc đầu ta có một hạt mang điện_tích_dương xuất_phát từ một điểm rất gần với tâm máy xiclotron và đi vào một hộp Người ta phải điều_chỉnh nguồn điện để cho lúc đó cái hộp ấy tích điện âm còn hộp còn lại tích điện dương Lúc này lực Lorentz xuất_hiện và làm cho hạt chuyển_động theo nửa đường_tròn trong hộp có điện_tích_dương Khi hộp vừa đến cạnh thẳng của cái hộp đó thì nguồn đổi chiều tức_là hộp mang điện_tích_dương bây_giờ thì mang điện_tích âm và ngược_lại Vì_vậy khi đi vào_khoảng hẹp giữa hai cạnh thẳng của chúng điện_trường sẽ tăng_tốc cho hạt Và tiếp_theo nó lại di_chuyển sang hộp vừa mang điện_tích_dương và lực Lorentz lại làm nhiệm_vụ như trên Nhưng thay_vì như cũ bán_kính của nửa đường_tròn quỹ_đạo lúc này lớn hơn trước Cần biết một điều rằng vận_tốc của hạt càng lớn thì bán_kính quỹ_đạo càng lớn Tuy_vậy thời_gian chuyển_động của hạt mang điện mà ta đang xét tới thì lại không phụ_thuộc vào quỹ_đạo Thế nên người ta điều_chỉnh sao cho chu_kỳ thay_đổi cực của nguồn điện bằng 2 lần thời_gian chuyển đông trên mỗi nửa đường_tròn của hạt mang điện Thế_là quỹ_đạo của hạt trong mỗi hộp có bán_kính tăng dần những khi hạt đi vào_khoảng hẹp thì điện_trường ở đó thay_đổi chiều như đã nói ở trên làm cho hạt được tăng_tốc Vì hạt được tăng_tốc nhiều lần nên dần_dần nó thu được vận_tốc lớn Tuy có hữu_ích như_vậy nhưng máy xiclotron có một nhược_điểm mà hầu_như máy_gia_tốc nào cũng mắc phải đó là khi vận_tốc của hạt rất lớn do hiệu_ứng tương_đối tính hạt có khối_lượng thay_đổi Khi đó chu_kỳ quay sẽ không cùng pha với hiệu_điện_thế của nguồn điện Vì_vậy máy xiclotron chỉ có_thể tăng_tốc cho hạt tới một giới_hạn nhất_định nào đó Những chiếc máy_gia_tốc có_thể thay_thế máy xiclotron Đó chính là những chiếc máy_gia_tốc mà ở đó mà ở đó chu_kỳ của hiệu_điện_thế cùng pha với chu_kỳ quay của hạt Với những chiếc mày này các hạt mang điện sẽ có vận_tốc lớn gấp nhiều lần so với những gì mà máy xiclotron có_thể làm được từ đó các nhà_khoa_học có_thể nghiên_cứu nhiều hơn về cấu_trúc của vật_chất
Máy xiclotron