사이클로트론-가상실험

 

 

| 사이클로트론 |

 대전 입자를 가속시키는 입자 가속기는 로런츠 힘을 이용하여 입자를 여러 번 가속시킨다. 입자 가속기 중 하나인 사이클로트론은 아래 그림 (가)와 같이 속이 빈 D자형 금속통 두 개를 마주 보게 제작한다. 금속 상자의 수직 방향으로 강한 자기장을 걸어 주면 이온은 원운동을 하게 된다.

 

 

이온을 원운동하게 만드는 구심력은 로런츠 힘인 F=qvB이고 등속 원운동을 하는 입자의 구심력 F는

 

 

이므로 r은

임을 알 수 있다.

 

따라서 입자의 원운동 주기 T는

이다.

 

 

원운동 주기는 원운동 반지름 r와 속력 v에 무관하다. 그러므로 금속 상자에 의 시간 간격으로 (+)극과 (-)극이 바뀌는 교류를 걸어 주면 이온은 한쪽 상자에서 다른 쪽 상자로 건너갈 때마다 금속 상자와 이온 사이의 전기력에 의하여 가속되어, 그림 (나)와 같이 조금씩 더 큰 원을 돌면서 빨라진다.

그림은 사이클로트론을 이용하여 높은 에너지를 갖게 된 이온은 원자핵의 인공 변환과 같은 원자핵 반응에 이용된다. 현재 국내 일부의 대형 병원은 자체 사이클로트론을 설치해 방사성 동위 원소를 생산하고 있다. 병원의 사이클로트론으로 생산하는 대표적인 방사성 동위 원소는 암 진단 및 치료에 사용하며, 그 외에도 살균이나 해충 박멸, 식물의 품종 개량 등에 사용된다. 이밖에 댐에 난 균열이나 송유관의 누유 지점 등을 찾는 데에도 방사성 동위 원소를 많이 이용한다.

 

내용출처 : 천재교육 물리2