E82092_Fizyka ZR LO kl.3

16. Naładowana cząstka w polu magnetycznym
Włączenie między duanty odpowiednio zsynchronizowanego zmiennego napięcia
o okresie równym okresowi obiegu cząstki (rys. 16.4) powoduje, że wszystkie cząstki,
które znajdują się w szczelinie między duantami w chwili, gdy napięcie osiągnęło wartość
maksymalną (chwila t 1 ), są przyspieszane w stronę duanta ujemnego.
U (V)
10 000
t 1
T
t 2
t
Rys. 16.4 Wykres
zależności napięcia
pomiędzy duantami
od czasu
W czasie T/2 cząstki zakreślą w polu magnetycznym tor o długości równej połowie okręgu,
a napięcie zmieni się wtedy na przeciwne. Gdy cząstki powtórnie znajdą się w szczelinie
(chwila t 2 ), będą znowu przyspieszane i wpadną do duanta z większą niż uprzednio
szybkością. Wraz ze wzrostem wartości prędkości liniowej rośnie promień orbity. Gdy
po wielokrotnym przejściu przez szczelinę cząstki zbliżą się do ścianki duanta, zostaną
wyrzucone na zewnątrz dzięki zastosowaniu specjalnej płytki odchylającej.
Cząstki przyspieszone w cyklotronie mogą uzyskiwać ogromne energie kinetyczne.
Dzięki temu cząstki te mają zastosowanie w badaniach naukowych, a także w medycynie
– do niszczenia komórek nowotworowych.
Dotąd omawialiśmy przypadki, w których cząstka naładowana wpada w pole magnetyczne
równolegle lub prostopadle do linii pola magnetycznego. Wektor prędkości
może jednak tworzyć z liniami pola dowolny kąt α. W celu znalezienia toru cząstki
w takim przypadku rozkładamy prędkość → υ na dwie składowe: równoległą → υ ‖ i prostopadłą
→ υ ⊥ do → B (rys. 16.5).
B
q
h
Rys. 16.5 Tor ruchu
cząstki wstrzelonej
w pole magnetyczne
pod kątem α
Składowe prędkości mają wartości:
υ ‖ = υ cosα i υ ⊥ = υ sinα
Gdyby cząstka miała tylko prędkość υ → ‖ , poruszałaby się ruchem jednostajnym wzdłuż
linii pola, a gdyby miała tylko prędkość υ → ⊥ , poruszałaby się ruchem jednostajnym po
okręgu o promieniu:
r = mυ
qB sinα
99