Sincrociclotrone
Che cos'è il sincrociclotrone?
Il sincrociclotrone è un ciclotrone per accelerare protoni, deutoni o particelle α fino a energie di diverse centinaia di megaelettronvolt, in cui la frequenza della tensione acceleratrice è modulata in modo da mantenere il sincronismo con la frequenza delle particelle (che viaggiano a una velocità tale da non poter più trascurare l'aumento relativistico della massa), in accordo col principio di stabilità di fase.
Per i ciclotroni a frequenza fissa, gli effetti relativistici limitano il diametro delle espansioni polari dei magneti a meno di 5 m e l'energia massima a poche decine di megaelettronvolt; la limitazione dei ciclotroni a campo fisso consiste nel fatto che, poiché a velocità relativistiche aumenta la massa degli ioni, diminuisce la loro frequenza di rivoluzione e quindi essi perdono il sincronismo con il campo elettrico a frequenza fissa applicato.
Quando invece tale frequenza venga fatta variare periodicamente come nel sincrociclotrone, in ogni ciclo di variazione un gruppo di ioni può venire accelerato a energie molto elevate. Quindi non si ha più un fascio continuo, come nel ciclotrone, ma una serie di impulsi di particelle susseguentisi con la frequenza modulatrice del campo elettrico; la riduzione del ciclo di utilizzazione effettivo si manifesta in una corrente media di ioni molto più bassa che nei ciclotroni convenzionali (circa l'1%), ma permette di raggiungere energie molto maggiori.
Poiché nei sincrociclotroni sono verificate le condizioni di stabilità di fase, le particelle possono eseguire moltissimi giri e perciò si richiedono basse tensioni per eccitare gli elettrodi dell'acceleratore. Il livello della tensione applicata agli elettrodi è determinato dal valore che occorre per estrarre gli ioni dalla sorgente e dal tempo che il fascio deve impiegare per raggiungere una determinata energia.
Esternamente il sincrociclotrone assomiglia al ciclotrone ordinario, ma a causa della bassa tensione richiesta per gli elettrodi lo spazio compreso tra le espansioni del magnete è più piccolo. Di solito si usa un solo elettrodo e la tensione acceleratrice viene applicata tra questo e la superficie interna della camera a vuoto.
Si ottiene cosi un fascio impulsato, che viene inviato su un bersaglio interno, posto a un raggio conveniente, oppure può venire estratto. Il metodo di estrazione che ha avuto più successo consiste nell'eccitazione di oscillazioni radiali di notevole ampiezza nel fascio, destate per mezzo di una o più irregolarità del campo magnetico accuratamente predisposte, o a mezzo di un deflettore elettrostatico impulsato; le oscillazioni fanno crescere la distanza tra orbite successive in modo tale che una notevole frazione del fascio è convogliata in uno schermo magnetico e, sottratta all'influenza del campo magnetico guida, può venire utilizzata all'esterno della macchina.
Per i valori delle energie a cui vengono accelerate le particelle, il sincrociclotrone occupa un posto intermedio tra il ciclotrone e i sincrotroni nella gamma degli acceleratori di particelle diverse dagli elettroni.
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