4. 2 Hệ cyclotron với điện trƣờng biến thiên, từ trƣờng đều
4.2.2. Ảnh hƣởng của pha điện trƣờng đối với quá trình gia tốc
Sau một số chu kỳ, vận tốc góc của proton không đồng bộ với vận tốc góc của điện trƣờng và dẫn đến độ lệch pha của proton so với pha của điện trƣờng. Do đó, chúng tôi khảo sát ảnh hƣởng của pha điện trƣờng đối với quá trình gia tốc proton.
Xét trƣờng hợp tổng quát (Hình 4.11), điện trƣờng biến thiên có dạng E = E0 sinϕ với ϕ = ɷt, φ0 = 0. Proton chuyển động trong cyclotron với hai giai đoạn: giai
48
đoạn một, năng lƣợng của proton đƣợc tăng dần đến giá trị cực đại Kmax = 24,68 MeV, bán kính quỹ đạo mở rộng sau mỗi lần gia tốc; giai đoạn hai, proton bị giảm tốc cho đến khi thoát ra khỏi vòng D, quỹ đạo của proton ở giai đoạn này là phần những đƣờng tròn bị chồng chéo lên nhau do bán kính quỹ đạo chu kỳ sau nhỏ hơn bán kính quỹ đạo của chu kỳ trƣớc.
Hình 4.11: Quỹ đạo proton khi RD = 80 cm
Xét mối liên hệ giữa pha điện trƣờng tại thời điểm proton đến khe gia tốc và năng lƣợng của proton tại thời điểm đó. Khi pha của điện trƣờng từ 00
< ϕ < 1800 tƣơng ứng với giai đoạn proton tăng tốc. Khi ϕ > 1800 ứng với giai đoạn proton bị hãm tốc. Nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng này là do thời gian bay của proton trong các vòng D có xu hƣớng tăng sau mỗi chu kỳ nên pha của chu kỳ sau luôn lớn hơn pha của chu kỳ trƣớc đó. Sau khi thực hiện một số chu kỳ, proton đến khe gia tốc vào thời điểm pha điện trƣờng ở nửa chu kỳ sau và hiện tƣợng giảm tốc xảy ra (Hình 4.12). Độ lớn pha điện trƣờng ảnh hƣởng trực tiếp đến năng lƣợng của proton. Vì vậy proton cần đƣợc lấy ra khỏi cyclotron trƣớc khi đi vào giai đoạn giảm tốc. Độ lớn bán kính vòng D và thời gian vận hành máy phải đƣợc thiết kế phù hợp.
49