CIKLOTRON je aparat, u kojem se protonima, deutonima i alfa česticama daju energije reda veličine 10 eMV (elektronmegavolt) primjenom napetosti od samo nekoliko desetaka kV. Izumio ga je g. 1931 E. O. Lawrence (Berkeley, Kalifornija). Glavni je dio golem elektromagnet s vrlo širokim ravnim polnim plohama (sl. 1). U uskom razmaku među ovima stoji plosnata cilindrička kutija, koja se puni vodikom, deuterijem ili helijem, pa se evakuira do 10^­4 Torr. U njoj je izolirano smještena plosnata komora za ubrzavanje iona. Ova se sastoji od dviju polucilindričkih šupljih kutija A i B (»D-elektrode«), položenih jedna uz drugu s uskim razmakom među njima (sl. 2). D-elektrode spojene su preko sustava Lecherovih žica duljine λ/4 s polovima visokofrekventnog kruga kratkih valova duljine λ s napetošću od nekoliko desetaka kV. Ionu (masa m, elektricitet e), koji se u danom trenutku nalazi u točki O dijametralnog procijepa, daje električno polje među D-elektrodama energiju E, koja odgovara časovitoj napetosti, pa on uleti odgovarajućom brzinom v u šupljinu D-elektrode A, gdje više nema električnog polja. Međutim na cijelom putu djeluje na nj homogeno okomito magnetno polje H i savija mu stazu u horizontalan polukrug s polumjerom r = m/e · v/H

Odatle izlazi za trajanje t = rπ/v polukružne staze izraz:

t = πm/He

Frekvencija visokofrekventne napetosti odabrana je tako, da napetost stigne u suprotnu fazu za vrijeme t, dok ion stigne u točku K, pa ion u K dobije ponovno povećanje energije za E; dakle se on po prijelazu u D-elektrodu B giba novom polukružnom stazom s povećanim polumjerom. Kako je vrijeme t nezavisno o polumjeru r staze i o brzini iona, zbog rezonancije se energija iona povećava za E kod svakog prolaza kroz dijametralni procijep, pa se ion giba u stazi spiralnog oblika. Ova se sastoji od niza polukrugova, kojima polumjeri rastu kao kvadratni korjenovi iz uzastopnih cijelih brojeva. Kad ion nakon n ubrzanja stigne do točke F, dođe pod djelovanje otklonske ploče M, gdje se njegova kružna staza poremeti, i on izleti kroz prozorčić od tanke platinske folije P u komoru za transmutaciju atoma.

Za rezonanciju između kružnog gibanja i valne dužine izlazi: λH=2πc ∙ m/e, gdje je c brzina svjetlosti. To daje za protone λH=197, a za deutone i za alfa čestice λH=390 (dužine u metrima, H u kiloerstedima). Kinetička energija E_r iona na stazi polumjera r iznosi: E_r = r²H²e²/2m. Dakle svi istovrsni ioni na stazi istog polumjera imaju jednake energije bez obzira na to, u koliko su zavoja dotle stigli. Ipak praktički dolaze u obzir samo oni ioni, koji kroz dijametralni procijep prolaze u trenutcima maksimuma napetosti, jer oni prevale put do F u najmanjem broju zavoja. Drugi se usput srazovima ponajviše neutraliziraju. — S pomoću λ izlazi za E_r također: E_r = C ∙ r₂/λ² gdje je C = 2π²c²m. Izrazujući c i λ metrima, r u cm, E_r u eMV, to daje za C kod protona 1,85, kod deutona 3,70, kod alfa čestica 7,33.

Promjer komore znatno je manji od promjera polnih ploha elektromagneta, jer bi u vanjskim dijelovima smetala nehomogenost magnetskog polja. Kod najvećeg ciklotrona u Berkeleyu komora ima polumjer 75 cm, a polumjer najveće ionske staze je 60 cm. Kod H=13,5 kiloersteda, λ=29,5 m on daje deutone 16 eMV (i=100 μA) i alfa čestice 32 eMV (i=l μA). Čini se, da se i ograničenje zbog upliva relativističkog povećanja mase da mimoići zgodnim azimutalnim poremećenjem magnetskog polja. — Ionizator leži sasvim blizu središta (elektroni iz užarene žice ili kapilarni luk). Ione navraćaju u središnju horizontalnu ravninu nehomogenosti električnog polja u dijametralnom procijepu i naročito u vanjskim stazama laka nehomogenost magnetskog polja.

Transmutacije atoma nastaju već i u kovini D-elektroda i drugih dijelova, u koje udaraju raspršeni brzi ioni. Da bi se osoblje očuvalo od velike množine gama zraka i brzih neutrona, koji odatle izbijaju u svim smjerovima, potrebne su izvanredne zaštitne mjere. Za zaštitu osoblja od brzih neutrona ciklotron je opkoljen posudama s vodom s debljinom vodenog sloja do 1,5 m. → Čestice elementarne → Transmutacija (razbijanje) atoma.

LIT.: E. O. Lawrence i dr., Phys. Rev. 40, 19, 1932; 45, 608, 1934; 56, 124, 1939; W. Gentner, Ergeb. d. ex. Naturwiss., sv. 19 (1910). M. K.