Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 31. 3 augusti 1946 - Cyklotronens verkningssätt och användning, av Hugo Atterling
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
10 augusti 1946
735
ningsskillnad på 200 kV skulle härför erfordras
endast 25 varv.
Fig. 2 visar ett nomogram, som ger de
partikelenergier, som kunna uppnås i cyklotronen
(nomogrammet är ej korrigerat med hänsyn till den
relativistiska effekten).
Vid högre jonenergier blir massökningen vid
växande hastighet ej längre försumbar, vilket
medför speciella problem, som skola antydas i
det följande.
J onströnunens fokusering
Den totala längden av den spiralformade väg en
jon har att genomlöpa i en större cyklotron kan
belöpa sig till flera hundra meter. Det skulle icke
vara möjligt att hålla jonerna kvar i denna långa
bana utan något slag av fokusering, ocli denna
åstadkommes av dels det elektriska fältet, dels
magnetfältet. Vi betrakta fig. 3 a, som
åskådliggör det elektriska fältet mellan elektroddosorna i
ett givet ögonblick. De joner, som passera det
accelererande växelfältet, när växelspänningen
uppnår sitt maximivärde, komma att få sina
banor närmade intill mittplanet samtidigt som
banornas lutning mot detta minskas. I verkligheten
kompliceras förhållandena, dels av att jonerna
äro mer eller mindre fasförskjutna i förhållande
till den högfrekventa spänningen, dels av att
spänningen hinner märkbart ändra sig medan
partiklarna passera elektrodgapet. Den elektriska
fokuseringen spelar emellertid någon nämnvärd
roll endast för de inre jonbanorna. Ett stycke från
centrum börjar det under de första varven
koncentrerade strålknippet i själva verket att sprida
sig. Någonstädes ungefär mitt emellan centrum
och periferin ingriper emellertid den magnetiska
fokuseringen, och denna blir av avgörande
betydelse. Denna fokuseringseffekt erhålles genom
att magnetfältet i verkligheten göres svagt
avtagande utåt polernas periferi (fältförsvagningen
vid yttersta jonbanan belöper sig i regel till
1—2 %). De utåtböjda kraftlinjerna påverka
jonerna med en kraftkomponent, som är riktad
mot mittplanet (fig. 3 b).
Den relativistiska massändringens inverkan
Den redan omnämnda relativistiska effekten,
som består i att partikelns massa växer när
hastigheten ökas, gör sig allvarligt gällande vid de
partikelenergier, som man vill uppnå i större
cyklotroner. Så har t.ex. massan för en deuton,
som accelererats till en energi på 20 MeV, ökats
med 1 % ; vid 30 MeV är massökningen ca 1,5 %.
Den relativistiska effekten medför att de
accelererade jonerna få omloppstiden något förlängd
för varje varv i den spiralformade banan, vilket
framgår av ekv. (4). De komma härigenom att
röra sig med en alltmer tilltagande eftersläpning
i förhållande till den högfrekventa
växelspänningen, dvs. de komma alltmera efter i fas.
Till följd av denna fasförskjutning kan det
inträffa, att jonen uppnår elektrodspalten när den
motstående elektroden erhåller positiv spänning.
Partikeln kommer nu att retarderas i fältet.
Såsom framgår av ekv. (4) skulle effekten kunna
kompenseras, om magnetfältet ökades något från
centrum till periferin. Men detta tillåtes inte av
det magnetiska fokuseringsvillkoret, som ju
tvärtom föreskriver, att fältet skall avta utåt.
Vi betrakta ekv. (5). Vi se att en förlängning av
r måste åtföljas av en förlängning av om (5)
fortfarande skall gälla. Med andra ord: den
relativistiska effekten kan kompenseras om
växelspänningens frekvens något minskas när
partikeln rör sig från centrum och utåt elektrodernas
kant. Detta kan uppnås genom
frekvensmodule-ring, en metod som torde få anses representera
det elegantaste sättet att lösa ifrågavarande
problem.
Frekvensmoduleringen har emellertid hittills,
såvitt bekant, ännu inte tillämpats vid någon
cyklotron (men är planerad för den nedan
omnämnda jättecyklotronen i Berkeley, där
experiment härmed bedrivits). Hittills har man
övervunnit svårigheterna till följd av den
relativistiska effekten genom att höja elektrodspänningen
så mycket som möjligt. Det förhåller sig
nämligen så, att den totala fasförskjutning
partiklarna få i förhållande till det elektriska fältet,
minskar då spänningen växer.
Till följd av den relativistiska massökningen
svarar mot varje given slutenergi hos den
accelererade partikeln en minsta elektrodspänning. För
att accelerera deutoner till exempelvis 20 MeV
erfordras en spänning om minst ca 100 kV mellan
elektroderna; för att härvid kunna få några
nämnvärda strömstyrkor måste man emellertid
gå upp med spänningen till närmare 200 kV. Vid
energier över 30 MeV torde frekvensmodulering
behöva tillgripas.
Fig. 3. Fokuserande verkan av a. det elektriska fältet,
b. magnetfältet.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
