સાયક્લોટ્રોનની કાર્યપદ્ધતિ સમજાવો અને તેના ઉપયોગો જણાવો.

(N/A) આકૃતિ સાયક્લોટ્રોનનું યોજનાબદ્ધ દ્રશ્ય દર્શાવે છે.
ધાતુના બોક્સ (ડીઝ) ની અંદર,કણ સુરક્ષિત હોય છે અને તેના પર વિદ્યુતક્ષેત્રની અસર થતી નથી. વિદ્યુતક્ષેત્ર માત્ર બે ડીઝ વચ્ચેની જગ્યામાં જ પ્રવર્તે છે.
ચુંબકીય ક્ષેત્ર કણ પર કાર્ય કરે છે અને તેને ડીઝની અંદર વર્તુળાકાર માર્ગે ગતિ કરવા મજબૂર કરે છે.
દરેક વખતે જ્યારે કણ એક ડીમાંથી બીજી ડીમાં જાય છે,ત્યારે તે વિદ્યુતક્ષેત્ર દ્વારા પ્રવેગિત થાય છે.
વિદ્યુતક્ષેત્રની ધ્રુવીયતા કણની વર્તુળાકાર ગતિ સાથે સુમેળમાં બદલાતી રહે છે.
આ સુનિશ્ચિત કરે છે કે કણ હંમેશા વિદ્યુતક્ષેત્ર દ્વારા પ્રવેગિત થાય છે. દરેક પ્રવેગ કણની ગતિજ ઉર્જામાં વધારો કરે છે. જેમ ઉર્જા વધે છે,તેમ વર્તુળાકાર માર્ગની ત્રિજ્યા વધે છે,પરિણામે માર્ગ સર્પાકાર બને છે.
વીજભારિત કણો (દા.ત. પ્રોટોન) એક ડીમાં અર્ધવર્તુળાકાર માર્ગે ગતિ કરે છે અને $\frac{T}{2}$ સમયગાળામાં ડીઝ વચ્ચેની જગ્યામાં પહોંચે છે,જ્યાં $T$ એ પરિભ્રમણનો આવર્તકાળ છે.
$T = \frac{1}{v_{c}} = \frac{2 \pi m}{q B}$ અથવા $v_{c} = \frac{q B}{2 \pi m} \quad \dots (1)$
આ આવૃત્તિને સાયક્લોટ્રોન આવૃત્તિ કહેવામાં આવે છે અને તેને $v_{c}$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. તે કણની ઝડપ,વેગમાન અને ગતિજ ઉર્જાથી સ્વતંત્ર છે.
સાયક્લોટ્રોનના ઉપયોગો નીચે મુજબ છે:
$(1)$ સાયક્લોટ્રોનમાં ઉત્પન્ન થતા ઉચ્ચ ઉર્જાવાળા કણોનો ઉપયોગ ન્યુક્લિયસ પર મારો ચલાવીને ન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા અને ન્યુક્લિયર બંધારણની તપાસ કરવા માટે થાય છે.
$(2)$ તેનો ઉપયોગ ઘન પદાર્થોમાં આયનો દાખલ કરીને તેમના ગુણધર્મો બદલવા અથવા નવા પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે.
$(3)$ તેનો ઉપયોગ રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે,જેનો ઉપયોગ હોસ્પિટલોમાં નિદાન અને સારવાર માટે કરવામાં આવે છે.