AG voluntario Descripción del ciclotron (2017)

Trabajo Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 1º curso
Asignatura Electricitat i Magnetisme
Profesor A.
Año del apunte 2017
Páginas 1
Fecha de subida 25/10/2017
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Electricidad y magnetismo 23/05/2017 CICLOTRÓN El ciclotrón es una máquina que sirve para acelerar partículas cargadas sin necesidad de usar un gran voltaje, pero acelerando en varios pasos repetidos constantemente. La manera más directa de acelerar partículas, es aplicando una diferencia de potencial, pero para ello haría falta un gran voltaje y causaría diversos problemas a la hora de realizar experimentos, por lo que el ciclotrón es de gran ayuda.
El ciclotrón consta de dos laminas semicirculares huecos llamados “D” debido a su forma. Las “D”s están situados en un campo magnético uniforme y perpendicular al plano de las láminas.
Entre las dos laminas se aplica una gran diferencia potencial que se va cambando muy frecuentemente que produce un campo eléctrico oscilante en el hueco diametral de entre las dos laminas. Así, mientras pasa por el hueco diametral, las partículas se aceleran hacia la lámina a la que se dirige y sigue un trayecto circular uniforme debido al campo magnético, por lo que terminara llegando de nuevo al hueco.
El campo eléctrico oscilador hay que sincronizarlo con el tiempo que las partículas tardan en completar el trayecto semicircular; es decir cuando la partícula llega de nuevo al hueco diametral, la diferencia de potencial tiene que ser inversa a la que había y así, el campo eléctrico va a acelerar la partícula de nuevo, justo hasta que la partícula salga del semicírculo.
El radio del trayecto circular al ser dependiente de la velocidad de la partícula, el tiempo que la partícula tarda en realizar el trayecto semicircular es independiente a la velocidad, y, por tanto, la partícula siempre tarda lo mismo en realizar el recorrido semicircular, tanto como cando va despacio como cuando va rápido. Entonces las partículas, en cada semicírculo tardan la mitad del periodo, en resonancia con el campo eléctrico oscilatorio, y a la vez que se aumenta la velocidad, también aumenta el radio, formando un espiral y alcanzando el borde de la máquina. En uno de los semicírculos, situado en la parte exterior, existe un agujero por donde saldrá el electrón cuando tenga un radio de vuelta suficientemente grande como para alcanzar el agujero, es decir, cuando tenga la velocidad suficiente como para salir, que será que todas las partículas alcanzaran en el ciclotrón.
Para sacar la energía cinética final de la partícula hay que realizar el cálculo del voltaje aplicado a los electrodos multiplicado por el número de veces que la partícula ha pasado por la región intermedia entre las 'D's.
En cuanto al movimiento circular, una partícula cargada describe una circunferencia dentro del campo magnético. LA fuerza que afecta a la partícula viene dada por la siguiente multiplicación vectorial: F=qv x B, donde la dirección de la fuerza es radial y hacia el centro de la circunferencia El campo eléctrico que se encuentra entre ambas "D"s acelera la partícula. La energía cinética de la partícula aumenta cada vez que pasa de una lámina a la otra. Ese aumento de potencial es el producto de la diferencia potencial y la carga de la partícula.
Cada vez que la partícula realiza la media circunferencia, en tiempo constante, LA polaridad del “D” se revierte y cuando sale de las placas vuelve a acelerarse debido al campo eléctrico. Su energía cinética vuelve a hacerse mayor, siendo de nuevo qV más veces grande.
La energía cinética de la partícula al final es nqV, siendo “n” las veces que ha pasado la partícula por los semicírculos.
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