Frage von BestOnce, 52

Frage bezüglich des Einfluss der Frequenz auf die Teilchenbahn in einem Zyklotron?

Das hier geht jetzt nur an Leute, die sich wirklich mit der Physik auskennen :D

Meine Frag lautet, welchen Einfluss hat eine Abweichung der Ist- von der Soll-Frequenz auf die Teilchenbahn.

Kann man das mit irgendeiner Formel begründen und was ist eine Ist- bzw. Soll-Frequenz?

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Mathe, Mathematik, Physik, 27

Die Sollfrequenz ist die Frequenz, bei der die Teilchen bei jedem Halbumlauf optimal beschleunigt werden - Formel siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Zyklotron#Klassisches_Zyklotron

Die Istfrequenz ist die Frequenz, die tatsächlich anliegt.

Bei der Sollfrequenz bewegen sich die Teilchen des Pulks auf Spiralbahnen immer weiter nach außen. Die Beschleunigungsspannung bestimmt (in Verbindung mit der Magnetfeldstärke), wie weit aufeinanderfolgende Umläufe der Spiralbahn voneinander entfernt sind - je höher die Spannung, desto größer die Abstände.

Bei einer leicht abweichenden Frequenz werden die Teilchen zunächst beschleunigt, allerdings in abnehmendem Maße. Was das für die Spiralbahn bedeutet, überlegst du dir bitte selbst.

Irgendwann laufen die Teilchen des Pulks beim Nulldurchgang der angelegten Wechselspannung durch den Spalt, werden also nicht weiter beschleunigt. Das bedeutet eine Kreisbahn.

Im weiteren Verlauf ist die Wechselspannung verkehrt herum gepolt, wenn die Teilchen durch den Spalt laufen. Das bedeutet Abbremsen. Was bedeutet das für die Bahn?

Irgendwann beginnt die Wechselspannung dann wieder, die Teilchen zu beschleunigen.

Usw.

Kommentar von BestOnce ,

Das heißt ja quasi, das, wenn die Teilchen zunächst beschleunigt werden, die Teilchenbahn zunächst einen größeren Radius hat und anschließend, wegen der höheren Ablenkung bei kleinerer Geschwindigkeit, einen kleineren Radius hat.

Stimmt's?

Kommentar von PWolff ,

Nun, der Radius im Zyklotron wird immer größer, das bedeutet eine Spiralbahn. (Keine Kreisbahn, auch wenn das angenähert für einen Umlauf hinkommt.)

Normalerweise wird bei jedem Halbumlauf dieselbe Energie zugeführt, weil E proportional zu r² ist, nimmt der Abstand aufeinander folgender Spiralumläufe mit √n zu.

Bei einer Verstimmung der Frequenzen verläuft die Spirale immer flacher, bis sie für einen Umlauf praktisch zum Kreis wird, um dann nach innen zu laufen.

Kommentar von BestOnce ,

Danke :))

Kommentar von BestOnce ,

Das die Spiralbahn irgendwann nach innen verläuft habe ich auch erkannt (da wir ein Simulationsprogramm erhalten haben); ich frage mich aber, auch wenn das nicht die Aufgabe ist, warum das so ist. Kannst du mir das auch erklären?

Kommentar von PWolff ,

Der Radius jeder Halbkreisbahn innerhalb der Ds ist ja von der Energie abhängig.

Da die Spannung zwischendurch verkehrt herum anliegt, wird dem Teilchen Energie entzogen. Dadurch verringert sich der Radius.

Kommentar von BestOnce ,

Alles klar :-)

Bekommst die hilfreichste Antwort, sobald ich sie dir geben kann :)

Antwort
von GoldmanSachs1, 15

Bei der Sollfrequenz bewegen sich die Teilchen des Pulks auf Spiralbahnen

Antwort
von seifreundlich2, 24

Würdest du diese Frage tagsüber stellen, wäre die Erfolgsquote hinsichtlich Qualität der Antworten bedeutend höher.

Kommentar von BestOnce ,

Ich stell die Frage morgen nochmal :)

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community