સાઇક્લોટ્રૉન

સાઇક્લોટ્રૉન : એવી પ્રયુક્તિ, જેમાં વિદ્યુતભારિત કણોને ઉચ્ચ-ઊર્જાએ પ્રવેગિત કરી શકાય. વિદ્યુતભારિત કણ અચળ ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ રૂપે સર્પિલ (spiral) ગતિપથના કેટલાય આંટા મારે છે. પરિવર્તનશીલ વિદ્યુતક્ષેત્રને લીધે હર વખતે બે વાહકો વચ્ચેની ખાલી જગ્યામાં થઈને પસાર થતાં કણ પ્રવેગિત થતો જાય છે. આકૃતિમાં આ બે વાહકો A અને B તરીકે દર્શાવ્યા છે.

તે એક પ્રકારનું કણપ્રવેગક (accelerator) છે, જે વિદ્યુતભારિત કણને વર્તુળમાં સફર કરાવે છે. સાઇક્લોટ્રૉન વડે વિવિધ દળ ધરાવતા કણોને (જેવા કે, પ્રોટૉનથી માંડીને ભારે ન્યૂક્લિયસને) પ્રવેગિત કરી શકાય છે.

સાઇક્લોટ્રૉનમાં શક્તિશાળી વિદ્યુતચુંબકના ધ્રુવો વચ્ચે રાખેલ શૂન્યાવકાશ કરેલા કક્ષમાં કણો ગતિ કરે છે. વિદ્યુતચુંબકો વડે પેદા થતું ચુંબકીય ક્ષેત્ર કણોને વર્તુળમાં ગતિ કરવા ફરજ પાડે છે. શૂન્યાવકાશ કરેલ કક્ષ બે D આકારના ઇલેક્ટ્રૉડ ધરાવે છે. જેને ‘dees’ કહે છે. આવા બે ડીઝ(dees)ની વચ્ચે ખાલી જગ્યા હોય છે. આ ખાલી જગ્યા વચ્ચે પરિવર્તનશીલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ પાડેલું હોય છે. આ ક્ષેત્ર વિદ્યુતભારિત કણ ઉપર લાગતાં બે ડીઝ વચ્ચેની ખાલી જગ્યામાં થઈને પસાર થતાં, તેને ધક્કો મારે છે. તેને કારણે દર વખતે કણ વધુ ને વધુ ગતિ ધારણ કરે છે. તેનો વ્યાસ ક્રમશ: વધતાં તે બાહ્યસર્પિલ ગતિ કરે છે.

ફ્લક્સ ઘનતા Bવાળા સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રને કાટખૂણે સમતલમાં અર્ધવર્તુળ બનાવવા માટે m દળ અને ‘e’ વિદ્યુતભારવાળા કણને લાગતો સમય t =  વડે આપી શકાય છે. અહીં સ્પષ્ટ રીતે દેખાય છે કે સમય વેગથી સ્વતંત્ર છે. જેમ વેગ વધતો જાય છે તેમ તેમ કણ વડે બનતા અર્ધવર્તુળની ત્રિજ્યા વધતી જાય છે એટલે કે વેગ n =  થાય છે. આથી વિશાળ ધ્રુવો અને પ્રબળ ચુંબકીય ક્ષેત્ર આવદૃશ્યક છે. જ્યારે કણનું બીમ વાહકના પરિઘની પાસે પહોંચે છે ત્યારે બીજા સહાયક વિદ્યુતક્ષેત્ર વડે કણનું વર્તુળાકાર ગતિપથમાંથી પાતળી બારી દ્વારા આવર્તન (deflect) કરાવવામાં આવે છે અને લક્ષ ઉપર મોકલવામાં આવે છે. જેમ જેમ કણોનો વેગ વધતો જાય છે તેમ તેમ સાપેક્ષવાદ મુજબ તેનું દળ વધતું જાય છે. આથી કણની ઊર્જા ઉપર સાપેક્ષિકીય (relativistic) મર્યાદા આવે છે. અહીં વધુમાં વધુ 25 MeV જેટલી ઊર્જા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

અર્નેસ્ટ ઓ. લૉરેન્સે, 1930માં, સાઇક્લોટ્રૉનની શોધ કરી. તેને માટે તેમને 1939માં ભૌતિકવિજ્ઞાનનો નોબેલ પુરસ્કાર મળેલો. ન્યૂક્લિયર સંરચનાનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રારંભમાં સાઇક્લોટ્રૉનનો વિકાસ કરવામાં આવેલો, પણ અત્યારે વિવિધ કાર્યો માટે તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. અદ્યતન સાઇક્લોટ્રૉન વડે પૃથ્વીની અંદર કે બહાર પ્રાપ્ય એવી કોઈ પણ ભારે તત્ત્વની ન્યૂક્લિયસને પ્રવેગિત કરી શકાય છે.

હરગોવિંદ બે. પટેલ