Betatron
Betatron to akcelerator indukcyjny, który przyspiesza elektrony. Jest to rodzaj akceleratora cyklicznego, który działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej.
Historia
Pierwszy betatron skonstruował Donald William Kerst w 1940 roku. W Polsce prace nad lokalną wersją betatronu rozpoczęto w 1958 roku w Instytucie Elektrotechniki w Warszawie pod kierownictwem dr Stefana Nowickiego. W 1962 roku urządzenie zaczęło działać w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku.
Budowa i działanie
Betatron działa na zasadzie zasilania elektromagnesu prądem zmiennym. W momencie niskiego natężenia pola magnetycznego do komory wprowadzane są wstępnie przyspieszone elektrony. Ich tor ruchu jest zakrzywiany, a jedynie te, które mają odpowiednią prędkość, pozostają w komorze. W miarę wzrostu natężenia pola magnetycznego generowane jest wirowe pole elektryczne, które przyspiesza elektrony.
Gdy pole magnetyczne osiąga maksimum, dodatkowy impuls kieruje elektrony na zewnątrz lub do wewnątrz, gdzie znajduje się wylot lub tarcza. Podczas cyklu przyspieszania elektrony wykonują setki tysięcy obiegów. Cykle te powtarzają się w rytm zmiany prądu zasilającego elektromagnes.
Warunkiem stabilności elektronów na orbicie jest odpowiednie ukształtowanie pola magnetycznego, które musi spełniać określone wymagania. Aby ograniczyć promieniowanie elektronów, buduje się betatrony o większej średnicy. Maksymalne uzyskiwane energie sięgają 300 MeV.
Zastosowanie
- W przemyśle jako źródło cząstek i promieniowania beta oraz gamma.
- W defektoskopii przemysłowej do generowania wysokoenergetycznych kwantów gamma.
- W medycynie do terapii naświetlania chorych organów.
- W dydaktyce w fizyce.
Betatron został jednak wyparty przez nowocześniejsze akceleratory, takie jak synchrotrony, które oferują wyższe energie cząstek.
Podsumowanie
Betatron to ważny, choć obecnie coraz rzadziej stosowany akcelerator elektronów, który odgrywał istotną rolę w przemyśle oraz medycynie, a także w edukacji. Jego rozwój i zastosowania były kluczowe dla postępu w technologii przyspieszania cząstek.
