12. 1-§. Магнит майдон ва унинг характеристикаси. 12. 2-§. Био-савар-лаплас қонуни

12.5-§. Зарядли зарраларнинг магнит майдондаги харакати. Циклотрон

Магнит майдонга кирган зарядли зарраларнинг бир неча холини кўрайлик.

1. Зарядли зарранинг харкат йўналиши магнит индук-цияси чизиқлари бўйлаб содир бўлганда, u ва В векторлари орасидаги бурчак  = 0 ёки  =  га тенг. Бунда F_л = 0 бўлади. Демак, бу холда магнит майдон зарядли заррага таoсир қилмайди.
2. Агар u ва В орасидаги бурчак  = /2 ёки 3/2 га тенг бўлса, F_л = quB бўлади. Бунда куч таoсирида зарра айлана бўйлаб харкатланади. Айлана радиуси R ни Лорентц кучини марказдан қочма кучга тенглаб топамиз:
(12.21)
эканлиги келиб чиқади.
(12.21) даги m - зарранинг массаси, q - зарранинг заряди.
Зарранинг айланиш даври
(12.22)
в



12.9 – расм.


а В нинг аниқ қийматларини билсак q/m ни аниқлаш мумкин бўлади.
3. Зарра тезлиги магнит майдон йўналиши билан ихтиёрий  бурчак ташкил этсин. Бу вақтда харакатланаётган зарраларга магнит майдон кўрсатадиган таoсирдан циклик тезлатгичлар (циклотрон, синхротрон, синхрофазотрон), магнитогидродинамик генераторларда фойдаланилади.
Циклотрон зарядланган элементар зарралар (электрон, протон, алpфа-ва ва бошқа шу каби зарралар)ни ёруғлик тез-лиги С = 3 ^. 10⁸ м/с га яқин тезликларгача тезлаштирувчи қурилма. Бундай зарралар атом ядроларини ўрганишда, радиоактив изотоплар олишда ва шунга ўхшаш мақсадларда фойдаланилади.
Циклотроннинг асосий қисми кучли электромагнитдир. Бу электромагнит қутблари орасида ярим доира шаклидаги ясси цилиндр - вакуум камераси жойлашган. Бу камера дуант деб аталувчи D - симон икки бўлак D₁ ва D₂ лардан иборат. Дуантлар электродлар вазифасини хам ўтайди. Улар ўзгарувчан кучланишли юқори частотали генераторнинг қутбларига уланган. Шунинг учун дуантлар навбатма-навбат гох мусбат, гох манфий зарядланиб туради. Электр майдон фақат дуантлар оралиғидаги тирқишдагина мавжуд бўлади. Тезлатилиши лозим бўлган зарядли зарралар камерага махсус қурилма (расмда S деб белгиланган) орқали киритилади.
Камера киритилган мусбат зарядли зарралардан бирининг харакатини кузатайлик. Зарра дархол манфий зарядланган дуант томон тортилади. Дуант ичида зарранинг харакати йўналишга перпендикуляр бўлган магнит майдон заррани айланма орбита бўйлаб харакатланишига мажбур этади. Зарра ярим айланани босиб ўтгач, яна дуантлар оралиғидаги тирқишга етиб келади. Лекин ўтган вақт ичида майдон йўналишини ўзгартирган бўлади. Шунинг учун зарра иккинчи дуант томон тортилиб тезлашади. Иккинчи дуант ичида ярим айланани босиб ўтади ва яoни тирқишга етиб келади. Бу ерда учинчи марта тезлашади ва хоказо.
Хар сафардан сўнг зарранинг тезлиги ва орбитасининг радиуси ортиб боради. Шундай қилиб, зарранинг троекторияси спиралсимон ёйилиб боради. Зарра дуантлар четига жуда катта тезликда етиб келади ва ундан оғдирувчи электрод таoсирида ташқарига катта кинетик энергия билан учиб чиқади. Масалан, протон циклотрон ёрдамида 25 МэВ энергиягача тезлатилиши мумкин.