Modèle du Cyclotron (classique)

Configuration:

Les parties principales d'un cyclotron sont deux électrodes métalliques creuses en forme de D appelées Dees. On y applique une tension alternative à haute fréquence. Cette tension charge les dees positivement et négativement en alternance. Ainsi émerge un champ électrique dans l'espace étroit entre les dees . Deux électro-aimants puissants sont placés au dessus et en dessous des dees.Ils produisent un champ magnétique statique perpendiculaire au plan d'électrode. Une source de particules est placée dans un dee qui émet des particules chargées dans l'espace entre ces 2 dees.

Fonctionnement d'un Cyclotron:

La source de particules T émet des protons (positifs) avec v0 vitesse initiale de l'écart entre les dees. Si dee 1 a une charge négative et dee 2 une charge positive ,la particule est accélérée dans l'espace en raison du champ électrique. Lorsque la particule entre dans un dee, elle quitte le champ électrique. Dans le dee se trouve alors un champ magnétique statique perpendiculaire au plan de l'électrode. Ainsi, une force de Lorentz agit sur les particules qui fait que leur trajectoire soit circulaire . Pendant que le proton est dans le dee 1, les dees changent de pôle - le champ électrique modifie sa direction. Ainsi, après un demi-cercle les protons accélérent dans l'espace entre les dees. Dans le dee 2, la force de Lorentz fait que la trajectoire soit circulaire. En raison de la vitesse maintenant plus élevée de la particule, le rayon de ce demi-cercle est plus grand que dans le dee 1. La longue trajectoire et la vitesse plus élevée font que le temps de cycle à travers un dee reste constante.
Ce processus se répéte plusieurs fois avec des particules de plus en plus rapides et un rayon de la trajectoire s'agrandissant également.Les particules sont à la fin deviées à travers un champ E supplémentaire des dees et dirigées sur une cible choisie .

Limites:

Ce type de cyclotron ne peut être utilisé que pour des vitesses de particules allant jusqu'à 10% de la vitesse de la lumière. Lorsque les particules deviennent plus rapide, on doit tenir compte des influences relativistes. Ces effets conduisent à augmenter la masse. Ainsi, le temps de cycle T n'est plus constant de telle sorte que la fréquence de la tension d'accélération ne répond plus à la durée du cycle des particules.
De ce fait, seules les particules lourdes comme des protons ou des neutrons sont accélérés avec ce cyclotron.
Dans un cyclotron typique avec une accélération de tensions de plusieurs centaines de volts, les protons atteignent des énergies de 10 MeV après 50 tours.