사이클로트론

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오늘날 방사선 치료에 사용되는 사이클로트론

사이클로트론(cyclotron)은 고주파의 전극과 자기장을 사용하여 입자를 나선 모양으로 가속시키는 입자 가속기의 일종이다. 최초의 사이클로트론은 어니스트 로런스캘리포니아 대학교 버클리에서 1932년에 만들었다.[1] 현재 가장 큰 사이클로트론은 캐나다 밴쿠버브리티시컬럼비아 대학교에 있는 3개 대학교 협력 중간자 기기 (Tri-University Meson Facility, 약자 TRIUMF)이다. 오늘날 사이클로트론은 물리학 연구뿐만 아니라 방사선 치료 등에도 쓰인다.

작동 원리[편집]

사이클로트론 작동 개요 (1934년 .어니스트 로런스의 특허에서)
원형으로 이동하는 전자 빔. 전구의 기체 분자의 들뜬상태가 시각적 효과(색)를 나타냄.

사이클로트론은 진공 속에 위치한 두 개의 D자 모양의 전극과 이를 수직으로 통과하는 자기장으로 구성되어 있다. 전극에는 고주파의 교류 전압이 걸려 있다. 가속시킬 입자를 자기장 중심 근처에 주입하는데, 이에 따라 입자들은 두 전극 사이의 공간을 통과할 때 운동 에너지를 얻어 가속한다. 전극 사이 자기장에서는 입자는 에너지의 증가 없이 원형 운동을 한다. 전극 사이를 오갈 때마다 에너지가 계속 증가하므로, 입자는 결국 나선 모양의 궤적을 그린다.

이렇게 원하는 에너지 및 속도로 입자를 가속시켜, 입자를 진공관의 가장자리에 위치한 목표물에 충돌시킨다. 다양한 물질을 목표물로 삼을 수 있으며, 충돌은 2차 입자들을 만들어낸다. 이 2차 입자들은 사이클로트론의 밖의 검출기로 유도된다. 이를 분석해 원자들 및 다양한 충동 부산물들에 관한 성질을 측정할 수 있다.

사이클로트론 주파수[편집]

사이클로트론 주파수(cyclotron frequency)는 균일한 (일정한 크기와 방향을 갖는) 자기장 속에서 자기장의 수직 방향으로 이동하는 대전된 입자의 주파수이다. 이 때 대전된 입자는 항상 원운동을 하므로, 사이클로트론 주파수를 정의할 수 있다.[1][2]

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. Alonso, M., E. Finn (1996). 《Physics》. Addison Wesley
  2. cyclotron frequency - Wolfram|Alpha