betatron
Store norske leksikon,Realfag,Fysikk,Elektromagnetisme,Anvendt elektromagnetisme
Betatron er en maskin som lager β-stråler (betastråler, elektronstråler) i en elektrodynamisk akselerator. Den første betatron ble bygd av den amerikanske fysikeren Donald William Kerst i 1940, men prinsippet den virker etter var beskrevet tidligere av blant annet nordmannen Rolf Widerøe i 1928.
Virkemåte Etter virkemåten kalles betatronen en induksjonsakselerator. Den kan beskrives som en transformator der sekundærviklingene er erstattet med et lufttomt rør hvor elektroner kan bevege seg fritt. Røret er ringformet og anbrakt mellom polskoene på en elektromagnet. En elektronstråle med liten energi (omkring 100 keV) sendes inn i røret mens magnetfeltet er svakt. Feltet økes så hurtig. Derved oppstår det på grunn av induksjonen en elektromotorisk spenning langs røret, og elektronene påvirkes av denne og øker sin energi. Samtidig vil elektronene, som beveger seg i magnetfeltet, avbøyes på tvers av sin bevegelsesretning på grunn av lorentzkraften. Hvis magnetfeltet er riktig utformet, vil de gå i en sirkelbane inne i røret og samtidig øke sin energi så lenge magnetfeltet øker. En øvre energigrense oppstår fordi elektronene, når de beveger seg i en sirkel, avgir energi i form av elektromagnetisk stråling (bremsestråling) og utstrålingen øker med økende energi. Ved cirka 500 MeV vil man ikke kunne tilføre mer energi i en betatron enn det som straks avgis igjen i form av stråling.Den største betatronen som er bygd (ved University of Illinois, USA 1960) har levert elektroner med energi på 340 MeV. Maskinen veier 340 tonn. Elektronenes baneradius er 1,2 meter. Akselerasjonsprosessen foregår i løpet av 0,04 sekund og gjentas 6 ganger per sekund. Elektronene beveger seg mesteparten av tiden med en hastighet ubetydelig mindre enn lysets. I løpet av akselerasjonsperioden gjør de over en million omløp og øker for hver gang sin energi med cirka 300 eV.Når magnetfeltet i en betatron har nådd sin maksimale styrke og strålens energi ikke lenger øker, kan strålen ved hjelp av et elektrisk felt trekkes ut av sirkelbanen og ledes dit man ønsker å anvende den. Strålen kan også bremses i en skive som skyves inn i strålen (indre target). Derved oppstår en intens røntgenstråling som så kan anvendes videre. Bruk Betatronen anvendes i kjernefysisk forskning dels for å studere elektronet og dets egenskaper, dels som kilde for røntgenstråling og en videre anvendelse av denne. I medisinen er den meget brukt for strålebehandling ved kreftsykdommer. Også her er det dels elektronstrålen, dels den sekundære røntgenstråling som anvendes. I de siste årene har betatronen mer og mer blitt erstattet av elektron-lineærakseleratoren, som kan gi mye høyere strålingsintensiteter. Historisk har betatronen spilt stor rolle som forløper for synkrotronen. I Norge ble det allerede i 1952 installert en betatron ved Radiumhospitalet i Oslo til strålebehandling av kreft. Denne og andre betatroner ved norske sykehus er senere erstattet av lineærakseleratorer for elektroner. Les mer i Store norske leksikon akselerator lineærakselerator