Magnetismo

Acceleratori di particelle

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L'azione dei campi magnetici sulle particelle cariche, ha notevoli applicazioni, tra cui gli acceleratori di particelle utilizzati nei grandi centri di ricerca fondamentale (come il CERN di Ginevra). Il primo acceleratore di questo tipo fu il ciclotrone, progettato da E. Lawrence nel 1932. Esso è costituito da due sezioni di metallo a forma di D immerse in un forte campo magnetico (dell'ordine di qualche tesla) perpendicolare ai D. Tra i D viene stabilita una differenza di potenziale dell'ordine di 105 V.

Le particelle cariche sono immesse al centro del sistema, in cui è stato fatto un vuoto molto spinto, e, accelerate dal campo elettrico, passano nel primo D dove sono forzate a compiere un'orbita semicircolare di raggio determinato. Il campo elettrico tra i D non è costante, ma oscilla con la stessa frequenza di rotazione delle particelle (frequenza di risonanza), che, come abbiamo visto, è indipendente dalla velocità.

Quando le particelle escono dal primo D, il campo elettrico ha cambiato verso e accelera le particelle verso il secondo D. La velocità più elevata le costringe su un'orbita di raggio maggiore, ma sempre alla stessa frequenza. Il processo continua con le particelle che percorrono orbite con raggio crescente (traiettoria a spirale) fino a raggiungere energie cinetiche dell'ordine di qualche MeV con cui escono dal ciclotrone. Per energie superiori ci sono limitazioni di due tipi:

  1. Il raggio dell'orbita è proporzionale alla velocità dell'orbita e, per elevate energie, occorrono apparecchi molto grandi.
  2. A velocità prossime a quella della luce intervengono fenomeni relativistici quali l'aumento della massa delle particelle che diminuisce la frequenza di rotazione.

Per ovviare a questi inconvenienti si aumenta il campo magnetico, in modo da mantenere costante il raggio, facendo muovere le particelle su un anello circolare. Gli acceleratori che sincronizzano sia il campo magnetico, sia la frequenza di risonanza con cui oscilla il campo elettrico in funzione della massa delle particelle si dicono sincrotroni.

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