Feladat: 2218. fizika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Bödecs Béla 
Füzet: 1988/március, 131 - 132. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Ciklotron, Proton, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1987/március: 2218. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A ciklotronban a proton keringési síkjára merőleges mágneses tér tartja körpályán a részecskét, ekkor ugyanis a ráható Lorentz-erő állandóan merőleges a sebességre. A keringés ω=2πf körfrekvenciája akkora, hogy a részecske minden félperiódusban a duánshoz érve olyan irányú elektromos téren haladjon át, ami gyorsítja, azaz proton keringési idejének meg kell egyeznie a nagyfrekvenciás feszültség periódusidejével.
Az r0=0,18 m illetve r1=0,92 m-es pályasugarak esetén a proton energiája E1=12mω2r02 és E2=12mω2r12 nagyságú, ahol m a proton tömege. A feladat adataival: E1=1,5410-13J=0,96MeV és E2=4,0310-12J=25,1MeV adódik a proton kezdeti és végső energiájára.
Ha a proton töltése e, akkor a duánsokon való áthaladáskor eU0 energiát kap, az összes n keringésre pedig: 2neU0=E2-E1, mert minden fordulatnál kétszer megy át a duánsok között.

n=E2-E12eU0=mω24eU0(r12-r02)201
fordulatot tesz meg tehát a részecske a gyorsítási folyamat során.
 

Megjegyzés. A maximális sebesség
vmax=r1=6,9107  m/sec,
így a relativisztikus tömegnövekedés kb. 3%, ami kissé módosítja a fenti eredményeket.