Betatron

Rodzaj przyspieszanych cząstek elektrony
Kształt toru kołowy (stały promień)
Metoda przyspieszania indukcyjna
Maksymalna energia dziesiątki MeV

Historia

Pierwszy betatron zbudował Donald William Kerst w 1940 roku - składał się z pierścieniowej komory próżniowej umieszczonej między nabiegunnikami elektromagnesu.

Pierwszy betatron, University of Illinois, 1940 [2]

Zasada działania

Schemat betatronu [1]

Elektromagnes zasilany jest ze źródła prądu zmiennego. W momencie gdy pole magnetyczne ma małe natężenie do komory wstrzykiwane są wstępnie przyspieszone elektrony, których tor jest zakrzywiany przez pole magnetyczne. W komorze zostają tylko te elektrony które mają prędkość o takiej wartości, że promień ich obiegu jest równy promieniowi komory. Pole magnetyczne wzrasta, w wyniku zjawiska indukcja elektromagnetyczna wzrastające pole wytwarza wirowe pole elektryczne, które przyspiesza elektrony. Jednocześnie rosnące pole magnetyczne utrzymuje elektrony poruszające się z coraz większą prędkością na orbicie o powoli rosnącym promieniu.

Gdy pole magnetyczne dochodzi do maksymalnej wartości, dodatkowy impuls kieruje elektrony na zewnątrz lub do wewnątrz gdzie umieszczony jest wylot lub tarcza. W czasie cyklu przyspieszania elektrony wykonują w akceleratorze setki tysięcy obiegów.

Opisany cykl obejmuje mniej niż 1/4 okresu sinusoidalnie zmiennego napięcia zasilania. W pozostałej części cyklu elektrony nie są przyspieszane. Cykle powtarzają się w takt zmiany prądu zasilającego cewkę elektromagnesu.

Maksymalna energia przyspieszanych w betatronie elektronów określona jest zależnością:


gdzie:
f - częstotliwość napięcia zasilającego
Bs,max - maksymalna wartość indukcji na orbicie stacjonarnej

Źródła:

  1. Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania, PWN, Warszawa 1987, strony 137-149
  2. http://physics.illinois.edu/history/Betatron.asp
  3. D.W.Kerst, Electronic Orbits in the Induction Accelerator, Pysical Review vol. 60, 1941 pdf