Betatron

6 MeV 1942 Betatron

Un betatron este un accelerator de particule „beta”, proiectat și construit în jurul anului 1940 de Donald William Kerst ^[1] . Numele său se datorează numelui cu care au fost identificați inițial electronii sau razele beta . Un betatron accelerează electronii prin diferențe de potențial induse generate de un flux magnetic variabil. Câmpul magnetic (variabil în timp și cu o configurație adecvată) forțează electronii să descrie orbite circulare și le accelerează.

Operațiune

Betatronul este format din două expansiuni polare circulare care generează un câmp magnetic care variază în timp cu simetrie radială . În interior există un toroid gol în care se practică vidul , astfel încât particulele să nu aibă impact cu moleculele de aer în timpul fazei de accelerație. Particulele care urmează să fie accelerate sunt introduse în cavitatea toroidală. Deoarece câmpul magnetic variază în timp, există un câmp electric indus non- conservator, așa cum este descris de ecuațiile lui Maxwell . Câmpul electric indus accelerează particula încărcată în timp ce câmpul magnetic are funcția de a o devia, prin forța Lorentz , pentru ao menține pe o orbită circulară. Sarcinile pot dobândi o energie cinetică de 150 M eV (la atingerea lor, un electron completează 150.000 de rotații în 0,0032 s ). Odată ce energia maximă este atinsă, sarcinile electrice sunt deviate într-o regiune a spațiului în care un alt câmp magnetic îndoaie traiectoriile spre exterior.

Aplicații și limite

Betatrona este primul accelerator de particule care, ca sursă de raze X , a avut o importanță mai mare în aplicațiile practice. De ani de zile a rezistat concurenței altor instrumente din diferite domenii; de exemplu, în metalografie pentru analiza nedistructivă a materialelor și în medicină pentru tratamentul localizat al tumorilor .

Energia maximă a unui betatron este parțial limitată de puterea câmpului magnetic (datorită magnitudinii magnetului), această limită a fost depășită cu următoarea generație de acceleratori : sincrotroni .